周印佳
,
孟松鹤
,
解维华
,
金华
,
杜善义
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20151126.002
超高温陶瓷材料暴露于极端高温飞行环境中会导致其发生氧化,表面生成的氧化物具有不同的热物性从而对传热过程造成影响。针对预氧化的 ZrB2和 ZrB2-SiC,基于氧化模型预测氧化层(ZrO2、B2 O3、SiO2和 SiC耗尽层)厚度,利用有限元建立圆柱形代表性体积单元,并与外部高超声速流场的 CFD (Computational Fluid Dy-namics)求解器相耦合,研究了高温氧化对超高温陶瓷材料的耦合传热的影响。计算中采用分区求解方法,通过耦合界面处非匹配网格间的插值完成实时数据交换,实现了基于 Navier-Stokes 方程的流动求解器与有限元求解器的多场耦合计算。ZrB2、ZrB2-SiC 以及氧化生成物的热物性均为温度相关,通过理论计算给出了 B2 O3挥发及SiC耗尽导致的多孔结构的有效热导率和有效比热容。瞬态耦合传热分析的结果表明：ZrB2在预氧化后其热阻能力略有提高,ZrB2-SiC氧化前后的热阻变化很小,并且在相同流动环境条件下,氧化后ZrB2的热阻能力高于氧化后ZrB2-SiC的热阻能力。
关键词:
超高温陶瓷
,
氧化
,
耦合传热
,
数值模拟
,
CFD
,
有限元法
