基于纯声子辐射模型的超薄绝缘夹层结构

在复合材料结构中起绝热、增韧作用的绝缘夹层,其加工厚度现在已达到纳米量级,原有的傅立叶热传导定律已无法描述其热能的传递行为,需从分子动力学、量子力学出发,针对不同研究对象建立相应的热传导模型.针对超薄绝缘夹层结构,将纯声子辐射模型和傅立叶热传导模型相结合数值求解热冲击条件下的温度场,并作为热载荷,用于求解结构上表面应力和夹层裂纹驱动力,其结果与只采用傅立叶热传导模型计算的结果相比较,分析了物理参数对温度、应力和裂纹驱动力的影响.结果表明:与只采用傅立叶热传导模型计算的结果相比,按EPRT计算的热传导明显变慢,其表面剥离应力偏大,而夹层裂纹驱动力偏小.同时随着松弛时间增大和声子速度的降低,热传导减缓,表面横向剥离应力增大,超薄绝缘夹层内裂纹尖端驱动力减小.

航天器用低温多层隔热性能计算方程

航天器常用有效发射率表征多层的隔热性能,其经验值范围为0.02~0.04,经验值仅与多层单元数有关,不随温度变化。有效发射率经验值的适用条件是多层的热面温度约-10℃~50℃,多层的冷面不照太阳。使用条件偏离得越多,有效发射率的经验值导致的计算偏差就越大。针对该问题,提出采用辐射项加导热项的混合传热模型,取代传统的纯辐射模型,并给出了方程中导热项系数和辐射项系数的计算方法。以国产10单元多层为例,给出了方程系数的详细计算过程,该系数已用于工程实际。用多种工况验证了该方程的准确性,并阐述了纯辐射模型导致较大偏差的问题根源。采用混合传热模型使高温/低温区的计算偏差从20℃降低至5℃。混合传热模型比纯辐射模型更适于描述多层的传热过程。最后,研究了选取多层隔热性能热平衡试验工况的原则。