耐腐蚀性过滤器用多孔陶瓷材料的制备(Ⅰ)多孔先驱体的合成及其陶瓷化

对泡沫状多孔聚碳硅烷(PCS)的合成反应条件进行了较为详细的研究,通过控制化学反应的温度、压力和反应时间制备出了熔点高达380℃、相对分子质量Mn>3 000、陶瓷产率达79%(质量分数),密度<0.6 g/cm3的多孔聚合物。对不同反应条件下所制得的多孔PCS的性能进行了表征,并利用IR、TG等手段对泡沫状多孔PCS的热解机理进行了初步探讨。     

低电阻率SiC纤维先驱体聚碳硅烷的制备与表征

由聚二甲基硅烷（PDMS）与3％－7％（质量分数）聚氯乙烯（PVC）共热解反应生成的聚碳硅烷（PC—P），是制备力学性能优良的低电阻率SiC纤维的先驱体。研究了PC-P先驱体的合成条件，利用GPC、IR、XPS、元素分析等手段对PC—P的组成与结构进行了分析。结果表明，PC—P先驱体的最佳合成条件为450℃保温6h-8h，熔点为180℃—230℃，数均分子量为1350-1800，分子量分散系数为2.0左右；PC—P含有Si、C、H、O元素，其C含量高于由PDMS制备的先驱体PCS，而Si含量低于PCS；结构与PCS相似，但Si-H键含量低于PCS中Si-H键含量。     

陶瓷多孔体渗透率的实验研究

对三种孔隙率不同的陶瓷多孔材料的渗透率进行了实验研究，并根据直毛细管模型对陶瓷多孔材料的某些特性（孔隙平均直径，比表面积）进行了估算，对所得结果作了初步分析并提出了需进一步研究的问题。     

多孔探针系统误差分析

以不可压流场的Bernoulli方程和势流理论为出发点详细推导了多孔探针的基本测量原理并获得了相应的数学模型,从而将具有不同头部（如球体、圆锥体）、不同孔数（如3、5、7乃至18孔）的各种类型多孔探针纳入到相同的数学模型之下,为系统分析各类探针提供了条件。通过分析推导过程,得出了多孔探针测量数学模型成立的4个基本约束条件。在实际测量过程中若偏离这4个基本条件必然会在测量结果中引入系统误差。将由此引入的系统误差分别归纳为：数学模型误差、制造误差以及使用误差,并逐个进行了详细的分析。同时,还以较为常用的七孔探针为例,采用计算流体力学软件对以上3种情况造成的误差进行了定量计算。根据以上分析和计算结果,为实际应用中选择合适类型的探针、确定使用条件、评估测量系统误差给出了详细的建议。     

多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡（local thermal equilibrium, LTE）模型、局部非热平衡（local thermal non-equilibrium, LTNE）模型、理想金属（ideal metal foams, IMF）模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明：LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布...     

三维网络碳化硅多孔陶瓷的制备

以中间相沥青添加55%(质量分数,下同)的Si粉混合物为原料,制备了含Si的炭泡沫模板。在高温反应烧结炉中,氩气气氛下1500℃保温1～6h,结合反应烧结工艺制备了碳化硅多孔陶瓷。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、物相组成进行了观察,并对熔融Si与C的反应机理进行了探讨。结果表明:碳化硅多孔陶瓷的微观结构与炭泡沫模板的微观结构一致,烧结温度1500℃下,随着保温时间的延长,多孔陶瓷的弯曲强度先增大后减小,而孔隙率先减小后增大;在保温4h的条件下制备的碳化硅多孔陶瓷主要由β-SiC相组成,最大弯曲强度为26.2MPa,对应的孔隙率为45%。内部熔融的Si与外部熔融的Si同时与C反应生成SiC,最后两者结合在一起形成致密的SiC多孔陶瓷。     

多孔介质对圆柱-翼型干涉噪声的影响

采用LES（large eddy simulation）+FW-H（Ffowcs Williams-Hawkings）方程，研究了圆柱表面使用不同PPI（pore number per inch）和厚度的多孔介质对圆柱尾迹及圆柱-翼型干涉噪声的影响，探索了多孔介质的降噪规律和机理。结果表明：多孔介质能稳定圆柱表面的剪切层，抑制旋涡脱落，从而削弱尾迹对下游翼型的影响，圆柱单音噪声最大可降79 dB，翼型单音峰值降低13.22 dB，宽频噪声降低20 dB；多孔材料PPI的变化对降噪效果影响较小，而厚度是影响流场模态、降噪效果及气动性能的一个关键参数；多孔材料厚度合适时，圆柱-翼型流场形态为“剪切层模态”，可有效降低湍流干涉噪声；多孔材料厚度较小时，发现了一种流场形态，即“剪切层-尾迹模态”，导致翼型噪声增大；合适的多孔介质厚度不仅降噪效果显著，对圆柱-翼型的气动性能也有改善作用。     

聚碳硅烷纤维的不溶化处理研究——（Ⅲ）——不熔化现理的探讨

对PCS纤维空气氧化反应过程中产生的尾气进行了色谱分析，并对氧化后的纤维进行了红外分析，在此基础上推测了不熔化机理；采用XPS分析技术考虑了氧在PCS纤维中的分布，结果表明，PCS纤维氧化反应过程中有少量氢气生成，出现局部过热时伴随有CO2生成；氧在不溶化PCS纤维中由表及里呈梯度分布，低温，长时的不溶化处理条件有利于氧在纤维中的扩散和均匀分布。     

利用电化学方法制备有序多孔硅阵列

采用电化学刻蚀的方法，在自制的电解槽中制备n型〈100〉晶向多孔硅条状阵列。通过扫描电子显微镜对生成的多孔硅进行形貌观察，并对多孔硅条状阵列的生长速率与形貌进行了初步的理论分析和实验研究。实验结果表明，多孔硅的生长速率主要由临界电流密度决定，多孔硅生成初始阶段产生锥形刻痕的原因是初始电流密度比较小，加大电流密度可以消除刻痕。多孔硅分又是由孔间距远远大于自由电荷区而产生的，而深槽中出现分立小孔的原因是反应产生的氢气阻碍了阳极氧化的进行。本实验结果对开展多孔硅进一步的研究工作具有指导意义。     

横流中多孔射流的稀释特性实验研究

横向流动条件下多孔射流是污水排放中的一种常见流动,对其稀释特性研究对于污水排放工程设计具有重要的指导意义。利用激光诱导荧光技术（Laser Induced Florescence）对横向流动条件下1、2和4孔射流的浓度场进行了测量。实验表明：多孔射流可分为未合并区、过渡区和已合并区;在未合并区内,多孔射流中的第一个射流浓度轨迹线和稀释度变化与单个射流情况相近,在射流近区和远区,无量纲浓度轨迹线与下游距离分别呈1/2和1/3指数关系;后面射流的浓度轨迹线和稀释度变化相近,受第一个射流的遮挡和卷吸作用,其弯曲度和稀释度变化小于第一个射流,说明作用于后面射流的横向流速小于第一个射流。     

聚碳硅烷纤维的不熔化处理研究(III)--不熔化机理的探讨

对PCS纤维空气氧化反应过程中产生的尾气进行了色谱分析 ,并对氧化后的纤维进行了红外分析 ,在此基础上推测了不熔化机理 ;采用XPS分析技术考察了氧在PCS纤维中的分布。结果表明 ,PCS纤维氧化反应过程中有少量氢气生成 ,出现局部过热时伴随有CO2 生成 ;氧在不熔化PCS纤维中由表及里呈梯度分布 ,低温、长时的不熔化处理条件有利于氧在纤维中的扩散和均匀分布     

多孔阵列式电喷雾推力器纯离子电流的物理模型

纯离子（PIR）发射状态的多孔发射极阵列（PEA）使离子液体电喷雾推力器（ILET）具有高精度、高比冲、高效率、小体积等优点。为了研究PEA在PIR发射状态下的束电流机制，构建了一种包含起始电压、多点发射、黏性流动、离子电流的物理模型。通过引入正态性假设简化了加工公差不确定性和多孔基材不均匀性的量化过程，基于Monte Carlo方法推导出了PEA的PIR电流解析表达式，并通过对比试验结果验证了模型的可靠性和准确性。结果表明，模型机理明确、误差较小，能够较高精度地预测锥形多孔硼硅酸盐PEA的PIR电流和多点发射行为；模型计算结果与AFET-2推力器试验结果基本一致，相对误差范围为1.0%～1.5%，随着工作电压的增大和发射体数量的增加有助于提升模型的精度。模型为计算效率较高的0D模型，为ILET的鲁棒性设计和性能优化提供了一种新的计算方法。     

预烧结对反应烧结多孔氮化硅陶瓷性能的影响

研究了预烧结对反应烧结多孔氮化硅陶瓷的介电性能和力学性能的影响。通过添加30wt%的成孔剂颗粒,制备出孔隙率在55%左右的具有宏观球形孔的多孔氮化硅陶瓷。反应烧结前,在低于硅熔点的温度下,对多孔硅坯体进行不同温度和不同时间的预烧。结果表明,随着预烧结温度的增高和时间的加长,反应烧结后烧结体的强度明显提高,介电常数ε′和介电损耗tanδ都有小幅度的增加。在硅粉中添加5wt%Y2O3 5wt%Al2O3进行预烧,可以减小反应烧结后试样的ε′,并且随预烧结时间的增加而减小。     

含金属纳米线多孔铝膜微偏振器的研究

含金属纳米线的多孔铝膜在近红外光区表现出较好的偏振特性。基于金属线栅偏振器的偏振原理,从金属纳米线对不同方向偏振光的消光机理出发,构建了以一排纳米线为研究对象的理论模型,分别计算了电矢量平行于纳米线轴向的偏振光（P）和电矢量垂直于纳米线轴向的偏振光（S）垂直入射时的光学损耗。在入射光波长固定的条件下,得到了P分量光、S分量光的透射率与模板孔径的关系。     

酚醛树脂基纳米多孔材料的制备及结构调控

酚醛树脂基纳米多孔材料（Phenolic Resin-based Nanoporous Materials，PNM）是满足新一代航天飞行器轻质、高效隔热需求的新型热防护材料，传统制备方法中需使用超临界干燥技术，制备周期长、成本高。本研究通过两步法，即先合成线性酚醛树脂，再进行溶胶-凝胶的方法，实现了常压干燥PNM的制备。系统研究了固化剂含量、固化温度和固化时间对材料结构的影响和调控作用，分析了影响材料收缩率和热稳定性的因素。结果表明，PNM的微观纳米结构的变化会影响材料干燥后的收缩率，制备大颗粒、大孔径的微观结构更有利于降低材料的收缩率。而PNM的热稳定性主要受交联反应过程形成的化学结构的影响，通过优化固化剂的含量可提高PNM的热稳定性。当固化剂含量为10%，固化温度提高至150℃，固化时间延长至48 h的条件下，获得的PNM有最高的热稳定性（900℃下的残碳率为54.2%）、最发达的孔结构（比表面积为264.0 m²/g、孔容为2.67 cm³/g、平均孔径为40.0 nm）和最小的收缩率（0%）。此PNM制备方法简单、性能优异，在未来航天飞行器上有广阔的应用前景。     

二乙烯基苯/聚碳硅烷的配比与交联研究

以二乙烯基苯(DVB)为交联剂，通过改变其与先驱体聚碳硅烷(PCS)的配比，研究了PCS体系的交联性质。结果表明：DVB在该体系中具有交联剂和溶剂双重作用，降低DVB的配比，可以提高陶瓷产率，DVB的配比以0．4为宜；为减少体系中的DVB，添加了PCS的良性溶剂四氢呋喃，使陶瓷产率达到了76％。结构研究还发现，该体系交联反应主要以DVB自交联形式进行，DVB与PCS之间的硅氢化反应不明显。     

多孔前缘抑制圆柱-翼型干涉噪声实验

为了抑制圆柱-翼型干涉噪声,提出了仿生多孔前缘结构的降噪措施,并在0.55 m×0.4 m声学风洞中进行了实验验证。针对典型构型,对比确定了多孔金属泡沫降低圆柱-翼型干涉峰值噪声和中高频噪声的效果。3种不同ppi（pores per inch）值多孔金属泡沫的详细声学测量结果表明,所提出的多孔前缘结构能在翼型迎角为0°和10°时,分别降低最多4.10 dB和4.67 dB的圆柱-翼型干涉峰值噪声,且能明显降低峰值频率右侧的中高频噪声;多孔材料的占比越大、ppi值越小,整体降噪效果越好。     

多孔陶瓷制备工艺及性能研究

回顾了多孔陶瓷材料传统的制备工艺方法，比较了不同方法之间的优缺点。列举了获得特殊孔结构的新型工艺方法，这些方法均能明显地改善多孔陶瓷的性能。概述了多孔陶瓷的力学性能、渗透性、隔热性能等的表征方法，并对今后的研究前景和发展作了展望。     

碱金属工质在基于毛细泵回路的多孔芯蒸发器内的热质传输特性

以基于毛细泵回路(CPL)原理的多孔芯蒸发器为研究对象，耦合多孔芯、蒸汽槽道和蒸发器壳体等多个部件，通过数值模拟的方法对碱金属工质在蒸发器内部的流动和相变传热特性进行分析，得到蒸发器内部的气相体积分数、温度、压力以及速度等分布。结果表明:碱金属液体极高的导热系数使得多孔芯部分的平均过热度不足1K；以碱金属为工质的多孔芯蒸发器，其内部的蒸发属于表面蒸发，气液界面稳定在多孔芯和蒸汽槽道的界面处，且在相同参数条件下，其毛细抽吸力比使用传统工质的蒸发器高1~2个数量级，具有更大的传输能力。      

半球头体多孔逆向射流的减阻性能

采用基于shear stress transfer(SST) k -ω双方程湍流模型的数值方法研究了等面积多孔逆向射流对超声速来流条件下半球头体减阻性能的影响。基于等射流面积设计原则,在半球头体驻点附近进行多孔逆向射流喷注,通过改变射流总压比、射流孔数量,分析各变量对减阻性能的影响,并探讨多孔逆向射流间的相互影响。仿真发现:逆向射流能有效减小半球头体受到的阻力,随着总压比的增大,多孔逆向射流回流区增大,射流减阻性能提高;随着射流孔数的增多,射流减阻性能先提高再降低。在研究范围中,双孔逆向射流取得最优的减阻效果,其减阻比高达29%,双孔逆向射流间的相互影响是其取得良好减阻性能的关键。多孔逆向射流展现了取得优良减阻性能的可能性。