陶瓷基復(fù)合材料編織結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣膜冷卻效果影響研究

編號：CYYJ043512

篇名：陶瓷基復(fù)合材料編織結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣膜冷卻效果影響研究

作者：朱愛玲 李洋 屠澤燦 葉大海 毛軍逵 常焜

關(guān)鍵詞： 陶瓷基復(fù)合材料 編織角度 截面尺寸 氣膜冷卻 各向異性 導(dǎo)熱系數(shù)

機構(gòu)： 南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院 中國航發(fā)湖南動力機械研究所中小型航空發(fā)動機葉輪機械湖南省重點實驗室 南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

摘要： 針對陶瓷基復(fù)合材料(CMC材料)在航空發(fā)動機高溫部件中應(yīng)用時的冷卻需求,考慮到CMC材料內(nèi)部非均質(zhì)非均勻結(jié)構(gòu)和熱物性特征與均質(zhì)金屬材料的巨大差異,探究了CMC材料編織結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對氣膜綜合冷卻效果的影響,研究中以三維五向編織CMC材料為例,建立了反映材料內(nèi)部細(xì)觀編織結(jié)構(gòu)的平板氣膜全尺寸計算模型,從細(xì)觀紗線尺度引入各組分熱物性參數(shù),計算分析了不同編織角度和纖維束截面尺寸等幾何特征參數(shù)對氣膜綜合冷效的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,纖維束由于導(dǎo)熱系數(shù)相對較高成為平板內(nèi)部的主要熱量傳輸通道,編織角發(fā)生變化時纖維束方向也隨之改變,進(jìn)而影響材料內(nèi)部熱量傳輸通道及整體各向異性等效導(dǎo)熱系數(shù)。本文計算工況下,在氣膜孔下游0~10D (D為氣膜孔直徑)區(qū)域,編織角度為40°時氣膜綜合冷效相對較高;在遠(yuǎn)離氣膜孔區(qū)域,氣膜板的冷卻效果隨著編織角度的增大而減弱。纖維束截面尺寸的改變對氣膜綜合冷效的影響較小,但是隨著纖維束截面尺寸的增加,平板內(nèi)部溫度更加均勻。