高温化学辅助激光加工微孔孔貌的优化

研究采用高温化学辅助纳秒激光加工方法,在Inconel 718材料上制造微孔。研究了在空气和高温化学两种环境下,不同脉冲数对微孔直径、深度和孔壁特征的影响,并比较了空气和高温化学下微孔的形貌差异,对高温化学辅助纳秒激光加工微孔的材料去除过程进行了深入研究。通过实验发现较低的脉冲频率对改善高温化学下的微孔形态有益。最后,研究了脉冲延迟对高温化学蚀刻辅助激光加工微孔的影响,并探讨了微孔形成的脉冲延迟规律。结果表明,当延迟时间为1 s时,总加工时间为15 s,孔的圆度改善到0.981,孔壁更加光滑,热影响区也随之减小。增大一定的脉冲延迟可以获得无重铸层、热影响区较小且圆度较好的高质量微孔。

涂层材料瞬态传热实验与导热系数辨识

针对涂层-基体一体化的双层结构,为测试评估其中涂层材料的导热性能,提出基于瞬态平面热源法(transient plane source,TPS)的涂层材料导热系数反演辨识方法。根据Hot-Disk实验测试原理,建立基体-涂层-探头整体的二维非稳态传热模型;结合测量过程中的瞬时温升数据信息,采用粒子群优化算法反演辨识获得涂层材料的导热系数;并通过实验和数值模拟论证了上述方法的可靠性。结果表明:该测量方法能够有效获得涂层导热系数,测试反演的数值偏差小于4.0%。最后,实际测量和反演辨识获得了一种涂层材料常温至773 K的导热系数,随温度提高呈现增大趋势,数值范围为0.18~0.29 W/(m·K)。

一种耐高温多层热防护结构的优化设计与性能

为解决高速飞行器飞行过程中剧烈的气动加热问题,以“高温防热层+隔热缓冲层+核心隔热层”顺序设计的一体化多层热防护结构的传热过程为研究对象,建立了高温环境下热防护结构内部一维非稳态导热-辐射耦合传热模型,通过数值模拟计算得到了高温环境下热防护结构各层的温度分布。利用不同热防护材料的隔热性能差异,针对构建的热防护结构,提出了在满足一定约束条件下,以轻质多层热防护结构总质量和总厚度为目标函数的优化设计方案,得到了多层结构的最优几何参数,并通过实验考核了优化后热防护结构的防隔热性能。实验表明:该结构可耐受1 473 K的高温1 800 s而背温不超过370 K。

基于高温瞬态热响应的石英窗口导热系数反演

提出一种利用高温加热下瞬态热响应信息来同时反演石英窗口在不同温度下导热系数的方法。结合实验测试过程,首先建立石英窗口-石墨板-石英窗口三明治结构高温非灰体辐射-导热耦合传热模型。再通过实际测试温度响应结果和材料光谱辐射特性参数,构建石英窗口导热系数的遗传算法反演辨识模型。采用1100 K加热条件下实验数据,反演辨识获得了常温至1100 K石英窗口导热系数介于1.35~2.58 W/(m·K),并拟合出高温导热系数关联式。结果表明:该材料辐射对导热系数影响随温度升高而增大,在1100 K下辐射影响占比16.12%。最终通过变工况的高温传热过程测试,验证了方法的可靠性及导热系数数据的准确性。