C/SiC复合材料的氧化行为仿真分析方法研究

对C/SiC复合材料高温氧化过程的准确预示，是提升C/SiC复合材料热结构设计水平的关键技术之一。本文结合C/SiC复合材料氧化机理、多孔介质流动理论和Fick扩散定律，得到了不同温度作用下C/SiC复合材料的氧化动力学方程并建立了氧化失重的数学表达式。开发了氧化扩展UEL子程序，对典型C/SiC复合材料试件氧化过程中氧、碳元素的分布和氧化扩展过程进行了分析，分析结果显示不同温度下的氧化失重与试验数据可以很好吻合。     

不同热控涂层的飞艇散热器Fluent仿真分析

为了分析不同热控涂层的性能，采用Fluent模拟了临近空间飞艇上小型散热器在20 km高空的热平衡状态。散热器分别使用S781白漆、S956灰漆及La_1-xSr_xMnO₃化合物热致变材料作为热控涂层，使用UDF（User defined function）编码对热控涂层设置随涂层温度变化的发射率。经过模拟计算，得到了在太阳垂直照射与无太阳辐射两种极端情况下不同热控涂层散热器的温度分布。仿真结果得出在太阳垂直照射下，使用La_1-xSr_xMnO₃化合物作为热控材料散热器的锂电池温度处于最佳工作温度范围，但其在太阳垂直照射与无太阳辐射情况下电源的平均温度温差为8.89 K，略大于S781白漆的温差6.57 K。模拟中，La_1-xSr_xMnO₃热致变材料发射率变化较小，约为0.11，垂直照射时温度最高的散热区域发射率可达到0.8，无太阳辐射时温度最低的散热区域约为0.69。     

SiC_p/Al复合材料用SiC表面预氧化处理研究

通过对SiC颗粒的高温氧化和增重实验,研究了SiC高温氧化规律和氧化动力学,探讨了SiC高温氧化后SiC_p/Al复合材料的界面反应。结果表明,SiC颗粒氧化增重随氧化时间增加,先快速增加,后缓慢增加,符合抛物线规律。SiO_2氧化膜厚度随加热温度升高而增加。氧化温度低于900℃时氧化速度较慢,超过1 300℃时氧化膜厚度随氧化温度增加而增加不明显,SiC颗粒表面氧化处理应以氧化温度为1 100℃和氧化时间为10 h为宜。SiC颗粒氧化处理可使SiC_p/Al复合材料界面反应形成Al_2O_3界面相,而有效抑制了界面相Al_4C_3的产生。     

考虑材料初始损伤随机特性的C/SiC蠕变寿命估计

C/SiC复合材料作为航空发动机材料,长期服役于高温氧化环境,蠕变断裂是其主要失效形式。材料蠕变行为和材料内部结构有很大关系,由于复合材料存在初始缺陷,在服役时会导致氧化气氛扩散,造成材料蠕变断裂失效。但是,由于复合材料制备工艺的不稳定性,每个试件存在差异较大的初始损伤,在C/SiC蠕变断裂寿命估计时应该充分考虑初始损伤不确定性给材料带来的随机特性。本文通过统计学分析和蠕变损伤机理结合,在C/SiC高温蠕变实验的基础上,以位移作为主控变量,研究蠕变位移规律,建立了考虑材料随机特性的C/SiC蠕变寿命估计模型。     

过氧化氢/紫外线/臭氧氧化技术处理肼类污水的应用

采用放大试验规模（处理量1 m³/h）的H₂O₂（过氧化氢）/UV（紫外线）/O₃（臭氧）氧化技术处理肼类推进剂污水，在30.0±1.6 ℃，pH=9.0±0.2的条件下，研究肼类的过氧化氢增强光解臭氧化降解。对比不同氧化技术的协同效应以及对污水降解的影响，重点考察过氧化氢、紫外线、臭氧和初始浓度等工艺参数对降解效果的影响，对氧化技术的应用进行了优化。研究结果表明：该技术可使COD去除率提高27.66%，肼类的降解速率随着过氧化氢投加量、紫外线辐射强度、O₃投加速率和水质地提高而升高，随着初始质量浓度的提高而下降。在最佳工艺下，处理5 000 mg/L质量浓度的废水，处理60 min时，COD去除率分别为98.62%（偏二甲肼）、99.17%（甲基肼）、99.94%（肼）和93.25%（单推-3）。     

NiCrAl/Diatomite可磨耗封严涂层制备及性能

分别利用大气等离子喷涂技术制备了Ni/Al粘结底层、火焰喷涂技术制备了NiCrAl/Diatomite可磨耗封严涂层，研究了喷涂距离、送粉速率、火焰气体总流量、喷涂角度和氧燃比等喷涂参数对生长速率和涂层硬度的影响。结果表明，在较低的氧燃比条件下（O₂∶C₂H₂<1.6），随着喷涂距离的增大，涂层生长速率逐渐下降，硬度先保持不变后逐渐上升；当O₂∶C₂H₂>1.6时，涂层的生长速率会随着喷涂距离的增大先增大后减小，硬度随之逐渐下降。随着喷枪对基体相对移动速度的增大，涂层生长速率略微下降，硬度略有上升。气体总流量的增大使得涂层的生长速率明显上升，硬度明显下降。随着送粉量的增大，涂层生长速率明显提高，硬度随之先上升后下降。     

高温含水气流条件下燃烧室材料考核的电弧加热试验模拟方法

在燃烧室的内流热环境下,燃烧室壁面的部分防热材料(如 C/SiC 或超高温陶瓷)与碳氢燃料燃烧产物水蒸气发生的氧化反应速率比与空气中的氧气还要快。水蒸气的存在加剧了防热材料的氧化。另外,水蒸气还能与材料表面玻璃状的 SiO2保护层发生挥发性的化学反应,破坏了 SiO2保护层。这些因素对燃烧室防热材料的防热效果有明显的影响。本文采用等离子电弧加热矩形湍流导管试验方法模拟超燃冲压发动机燃烧室的内流热环境,并在试验喷管前的混合稳压室内横向喷射4%~5%的常温水与高温气体混合,模拟燃烧室内水蒸气的组份、浓度和温度,采用数值计算的方法分析混合稳压室内水与高温气体的掺混程度,研究含水的高温气体的总温(总焓)计算方法。     

二维编织C／SiC复合材料高温拉伸性能研究

对二维编织C／SiC复合材料在1300℃高温氩气、湿氧环境下拉伸性能进行了实验,结合断口观察分析了其在拉伸载荷下的损伤和破坏机理。试验结果表明,二维编织C／SiC复合材料在高温氩气、湿氧环境下表现为非线性特征,通过对比发现,由于氧化作用,高温氩气环境下拉伸强度、破坏应变和比例极限均高于高温湿氧环境。断口观察表明,基体开裂、层间分层以及纤维和纤维束的断裂拔出是材料拉伸破坏的主要形式。     

V字形钝前缘激波反射迟滞现象

针对内转式进气道唇口在宽速域条件下面临的复杂激波干扰问题,将唇口模化为V字形钝前缘,采用数值模拟并辅以风洞实验,研究了典型V字形构型（根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比R/r=1,半扩张角β=18°）激波反射结构随来流马赫数Ma_∞的演变过程。结果表明,随着Ma_∞的增大或减小,V字形后掠前缘的脱体激波产生规则反射（Regular reflection,RR）和马赫反射（Mach reflection,MR）,并且两者的相互转变过程出现迟滞。初场为RR时,V字形根部产生大范围的流动分离和分离激波;随着Ma_∞由5.7逐渐增大至6.5,脱体激波的交点向下游移动并与分离激波的交点重合,使RR转变为MR。初场为MR时,马赫杆下游存在大尺度的反转涡对;随着Ma_∞由6.7逐渐减小至5.9,反转涡对不再影响脱体激波,使MR转变为RR。通过Ma_∞=6的风洞实验证实,在相同来流条件下存在RR和MR双解。基于对脱体激波交点、分离激波交点和反转涡对尺度随Ma_∞变化规律的认识,建立了RR?MR的转变边界。在双解区中,RR工况的壁面压力最大值约为MR工况的2~3倍,表明迟滞现象将导致唇口气动载荷突变。     

改善横向波纹隔热屏综合冷却效率的发散冷却结构优化

为改善横向波纹隔热屏综合冷却效果，采用三维数值模拟和基于支持向量机的代理优化模型，在给定的单位面积冷却空气流量下对发散冷却结构参数进行了优化研究。设计变量选取为气膜孔直径、气膜孔排布的展向间距和流向间距，以面积平均综合冷却效率作为目标函数，通过遗传算法搜索获得了设计变量区间内的优化设计点。在隔热屏单位表面积冷却空气流量G_f = 2.647 kg/（m²?s）的工况下，优化后的d、P和S分别为0.8、4和5 mm。研究结果表明，优化的隔热屏冷却结构应具有较小的气膜孔直径d和展向间距P，以及适中的流向间距S。相对于参考结构，优化后的发散冷却结构能够改善沿流向的气膜覆盖，缩减发散冷却起始段局部高温段，起到增强隔热屏发散冷却综合冷却效率的作用。