关于高超声速飞行器新热障的认知与探讨

未来高超声速飞行器向更远的航程、更快的速度等航空航天技术融合的方向发展,不断突破飞行速度边界、巡弋空间边界。飞行速度不断提高,热载荷越来越严酷,同时防热结构多功能一体化设计的需求以及结构质量强约束等新的特点对热防护提出了全新的要求和挑战。针对这些全新的挑战,热防护呈现出新的特点和需求,防热需求发生重大变化,已有技术和现有设计手段存在明显不足,对相关科学问题的认知存在明显缺失,亟待探索新的技术途径。基于此,提出新热障的概念,分析了长时间加热、非烧蚀热防护、精细化热环境分析等方面的研究现状,指出了新热障问题的具体内涵和重要发展方向,回顾了热防护技术正在探索的新方向和新方法,包括低烧蚀/非烧蚀技术、系统基因组材料设计方法、疏导式创新热防护技术等,认为解决新热障是一个突破现有热防护技术极限的科学技术问题,需要通过多途径联合、多方法综合、多学科交叉突破这一高超声速飞行器热防护瓶颈问题,从精细化热环境预示与热环境控制、多尺度热防护材料性能预示、全新的防隔热材料设计途径、创新的热结构等方面入手,探索飞行器新热障问题的创新解决方案,并对相关技术研究进展进行了总结。

新型热障涂层用陶瓷材料及涂层性能计算机数值模拟研究进展

随着先进涡轮发动机性能的进一步提升,寻求低热导率、高热膨胀系数的新型陶瓷材料已经成为热障涂层领域的研究热点。计算机数值模拟在新型陶瓷及其涂层性能研究方面发挥了重要作用。综述了新型热障涂层陶瓷材料相结构、热物理性能、力学性能和对应涂层隔热性能、涂层有效热导率及涂层热应力等几个方面国内外计算机数值模拟研究成果,并指出了以上几个方面计算机数值计算研究存的不足。未来材料物理性能计算应当多研究元素掺杂及新材料相结构随温度和压力的变化关系,开发新的数学模型提高热导率、热膨胀系数及各种力学性能参数的计算精度。涂层的隔热性能和有效热导率方面应当进一步系统化,将各种涂层结构、涂层显微组织、材料组成及导热方式的影响考虑在内,开发新的计算方法并提高计算精度;涂层的冲击和残余热应力计算中未引入基体条件(材质、尺寸、粗糙度、温度)、涂层结构、界面形貌、涂层缺陷、单层厚度、服役环境等方面的影响,并应注重与实验结果进行对比。

建筑外窗用新型隔热铝合金型材的研究

建筑外窗是建筑围护结构节能的薄弱环节,其能耗占建筑总能耗近50%[1],提高建筑外窗的保温性能,是提高建筑物围护结构节能的关键,隔热铝合金窗因其强度高、使用寿命长等优点在建筑上广泛应用,但是传统的隔热铝合金窗保温性能较差,不能满足新的建筑节能设计要求。为了提高隔热铝合金窗的保温性能,设计新型隔热铝合金型材是提高隔热铝合金窗保温性能的关键所在。本文采用MQMC软件对传统隔热铝合金窗型材和新型隔热铝合金窗型材的热工性能分别进行了模拟计算和检测对比分析,分析结果显示,新型隔热铝合金型材对于提高隔热铝合金窗保温性能效果明显,能满足新国家标准对建筑外窗的节能要求。

一种新型隔热材料在原位土壤热修复工程中的表面阻隔效应

对原位热修复场地表层土壤采用有效的隔热措施,有助于实现节能降耗。纳米中空陶瓷微珠水性隔热涂料是一种新型隔热材料,导热系数低,可作为原位热修复修复场地的表面阻隔材料。通过现场实验,探究了该涂料的隔热性能及其受施工方法、实验区域尺寸等因素的影响。结果表明,在加热井热影响区域内,新型隔热材料的温度梯度最高可达13 600℃·m^(-1);加热井热影响区域半径至少为0.53 m,在影响区域敷设新型隔热材料可以显著减少修复区域的表层散热。新型隔热材料的温度梯度均高于传统泡沫混凝保温材料,在影响区域外最高可达1 560℃·m^(-1);在晴天环境条件下,新型隔热材料的温度梯度高于雨天和夜晚环境条件。新型隔热材料对原位热修复场地具有良好的隔热保温效果。