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【发明公布】模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法_南京航空航天大学_202010054402.5 

申请/专利权人:南京航空航天大学

申请日:2020-01-17

公开(公告)日:2020-05-15

公开(公告)号:CN111157671A

主分类号:G01N31/12(20060101)

分类号:G01N31/12(20060101);G01N25/22(20060101);G01N13/00(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.02.19#授权;2020.06.09#实质审查的生效;2020.05.15#公开

摘要:本发明公开了一种模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法,本方法通过给定时间步长,基于燃气气体组分和试件表面温度分布,计算给定时间步长下试件表面氧化膜SiO2增长速率和SiC退移速率,得到该时间步长下的试件的初始形貌并获得试件表面氧化膜SiO2厚度,然后根据燃气流速求解时间步长下的试件的最终形貌,根据试件表面温度分布,获得试件固液交界面处的温度分布;燃气气体组分中的氧浓度,得到氧在固液交界面处的浓度分布;并经过多次给定时间步长,获得最终SiCfSiC复合材料烧蚀形貌。本发明综合考虑高温燃气流的气动力作用与热化学反应烧蚀的作用,耦合以上两种因素获得烧蚀结果,对烧蚀形貌做出更加精确的模拟。

主权项:1.一种模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法,其特征是:包括以下步骤:步骤一:通过燃气对陶瓷基复合材料试件进行烧蚀实验,给定燃气燃烧燃气比例,确定火焰温度大小,燃气流速和气体组分含量;步骤二:在实验过程中持续对试件表面温度进行采样,获得试件表面温度分布;步骤三:给定时间步长,基于步骤一中给定的气体组分含量以及步骤二中测得的试件表面温度分布,计算给定时间步长下试件表面氧化膜SiO2增长速率和SiC退移速率,得到该时间步长下的试件的初始形貌并获得试件表面氧化膜SiO2厚度,步骤四:基于步骤一给定的燃气流速,得到试件表面气动力分布,得到气体与液态试件表面氧化膜SiO2交界面的剪切力,将气体与液态试件表面氧化膜SiO2交界面的剪切力与试件表面氧化膜SiO2不同厚度处的粘附力进行气液两相流耦合求解,得到被吹走的液态试件表面氧化膜SiO2厚度和依然粘附在试件表面上的液态试件表面氧化膜SiO2厚度;得到该时间步长下的试件的最终形貌;步骤五:基于步骤四得到的试件的最终形貌,基于步骤二中测得的试件表面温度分布,求解氧化膜SiO2的热传导方程,获得试件固液交界面处的温度分布;步骤六、根据步骤一中给定的气体组分中的氧浓度,以及氧在氧化膜SiO2的扩散定律,求解氧在氧化膜SiO2中的扩散方程,得到氧在固液交界面处的浓度分布;步骤七、在该时间步长下的试件的最终形貌的基础上,给定下一时间步长,重复步骤三至步骤六;步骤八、重复若干次步骤七,直至所有时间步长之和达到规定烧蚀时间,最后一次时间步长获得的试件的最终形貌即为最终SiCfSiC复合材料烧蚀形貌。

全文数据:

权利要求:

百度查询: 南京航空航天大学 模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法

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