高温氧化对超高温陶瓷材料耦合传热的影响
来源：复合材料学报杂志2016年第5期北京时间：
作者：周印佳, 孟松鹤, 解维华, 金华, 杜善义,
摘要：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ZrB<sub>2</sub>和ZrB<sub>2</sub>-SiC,基于氧化模型预测氧化层(ZrO<sub>2</sub>、B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、SiO<sub>2</sub>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 Dynamics)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。ZrB<sub>2</sub>、ZrB<sub>2</sub>-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B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>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:ZrB<sub>2</sub>在预氧化后其热阻能力略有提高, ZrB<sub>2</sub>-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ZrB<sub>2</sub>的热阻能力高于氧化后ZrB<sub>2</sub>-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,
