表面粗糙度对APS-YSZ涂层传热特性和冷却气膜流动行为的影响

由于大气等离子喷涂(APS)钇稳定氧化锆(YSZ)热障涂层的材料与工艺问题,在制备完成后其表面往往存在一定粗糙度,这种粗糙度在服役过程中会因涂层的退化行为而发生改变,并对冷却气膜的流动行为与涂层的换热特性造成影响。本文基于快速傅里叶变换算法(FFT)与孔隙-裂纹-颗粒微观结构重建算法(PCPMR)对含不同表面粗糙度(R_(q)=0.0~10.0μm)的热障涂层模型进行了数值重构,基于双分布函数格子玻尔兹曼算法(DDF-LBM)研究了含粗糙度的热障涂层表面的换热特性与附近气膜的流动特性。研究表明,粗糙度使冷却气膜的速度边界明显上移,在粗糙结构周围产生涡结构,法向速度波动增大,流动稳定性降低。粗糙度增大了涂层表面的温度不均匀性与换热强度。相比平滑涂层,R_(q)=10.0μm的粗糙度使涂层表面摩擦力增大20.67%,对流换热强度提高12.02%,这将恶化涂层的隔热性能,缩短其服役寿命。