国防科技大学学报第31卷第2期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.31No.22009:1001-2486(200902-0036-05二氧化硅气凝胶隔热复合材料的性能及其瞬态传热模拟Ξ周祥发1,2,冯坚1,肖汉宁2,张长瑞1,姜勇刚1(1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073;2.湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082摘要:高马赫数、新型航天飞行器承载严重的气动加热环境,防护结构的优化和预测具有一定的指导意义。,并进行了瞬态传热模拟。结果表明复合材料热导率仅为01018WΠm・K,优化隔热材料提供了一定的依据。关键词:隔热;二氧化硅气凝胶;热导率;有限差分法:TQ343文献标识码:ASimulationofSilicaCompositesZHOUXiang2fa1,2,FENG激an1,XIAOHan2ning2,ZHANGChang2rui1,激ANGYong2gang1(1.CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China;2.CollegeofMaterialsandEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---Abstract:Withthedevelopmentofhigh2speedspacecrafts,thepropertiesandheattransfersimulationofthermalprotectionmaterialsusedbythespacecraftsareofgreatsignificance.Thisstudyaimstostudythepropertiesofsilicaaerogelcompositesandheattransfersimulation.Theresultsindicatethatthermalconductivityofthesilicaaerogelcompositesisonly0.018WΠm・Kandtransientheattransfersimulationshowsgoodagreementwiththeexperimentaldata.Thusthesimulationmethodcanforecasttheexperimentalconclusionsandoptimizethegeometricstructureofthecomposites.Keywords:insulation;silicaaerogel;thermalconductivity;finitedifferencemethods新型航天飞行器向高马赫数、长航时方向发展,飞行器表面累积气动加热非常严重。因此,对高效隔热材料提出了更高的要求。对于被动式热防护系统,二氧化硅气凝胶隔热复合材料展现了优异的隔热性能,因为气凝胶具有三维纳米颗粒骨架(骨架颗粒2~5nm,高比表面积(500~1200m2Πg,纳米级孔洞(约20nm等独特的结构[1-4],能够有效抑制固态热传导和气体对流传热,是目前热导率最低的固态材料(常温为01015WΠm・K[5]。为使隔热材料获得更为优异的隔热性能,需要对材料结构与性能进行研究,同时,隔热材料的传热模拟计算使材料更具设计和预测性。Daryabeigi[6]应用二热流近似方法分析了辐射换热,建立了多层隔热结构的数值分析模型。Kamran等[7]采用能量方程和二热流密度方法对纤维隔热材料建立了传热模型,Spinnler等[8,9]采用Scaling模型对辐射传热进行求解并建立了模型,程远贵等[10]利用分形理论建立了纤维隔热材料的传热模型,但是这些模型没有与实验相结合,模型的解还需进一步确证。近年来,美国军方为了解决飞行器承载与防热问题[11-17],开发了具有承载和隔热双重功能的金属面板TPS防热结构,并对金属面板TPS防热结构做了一系列的重要测试和传热建模计算,NASA的研究者编制了简化的一维程序用来设计金属及与之竞争的其它材料的热防护性能,这个程序包含了每种热防护结构的一维非线性有限元热流近似方法,分析辐射换热,建立了多层隔热结构数值分析模型。---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---本研究测试和分析了二氧化硅隔热复合材料热物理性能;采用有限差分隐式方法进行瞬态传热模Ξ收稿日期:2008-11-07基金项目:国防科技重点实验室基金资助项目作者简介:周祥发(1975—,男,博士生。拟计算并进行实验验证。1实验111二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备采用酸Π碱两步法制备二氧化硅溶胶,即将正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate,TEOS与一定量的乙醇混合后搅拌一段时间,加入盐酸、水和乙醇进行酸催化,静置一段时间后加入氨水、水和乙醇(ethanol,EtOH进行碱催化,制得二氧化硅溶胶。然后,将一定体积分数的陶瓷纤维(主要成分:SiO2,Na2O热处理后与氧化硅溶胶充分混合,待其凝胶后老化一段时间,使凝胶缩聚反应继续进行,,再以乙醇为干燥介质(乙醇临界点243℃,613MPa。112测试采用JSM-6360LV;ot热复...