酚醛树脂基复合材料传热-热解模型构建与试验研究

摘要

针对现有酚醛树脂基复合材料传热-热解模型忽略产物气体渗流可压缩效应的问题，建立了考虑热解气体可压缩流动的酚醛树脂基复合材料传热-热解模型。通过可压缩压力耦合方程组半隐式方法，求解完整的Navier-Stocks方程，以实现对热解气体可压缩流动的模拟，而非现有模型普遍采用的不可压缩Darcy方程；改进了热解度的计算方式，提高了孔隙动态演化时热解区域材料物性插值的准确性。以一种酚醛树脂基复合材料——酚醛气凝胶复合材料为例，通过热质量试验数据，推导了热解动力学模型。测量了完全热解前后材料的关键计算输入参数。通过10 kPa低气压热试验测得了1 000℃加热下材料的背温。结果表明：酚醛气凝胶复合材料存在200～550℃、550～800℃、800～1 200℃共3个主要热解区间；完全热解前、后，材料孔隙率分别为0.568、0.484,渗透率分别为10^-13、10^-12 m^-2。计算模型与试验结果吻合较好，最大相对误差为9.2%;热解气体向舱内渗流形成富集区域的现象对材料隔热有负面影响，但低导热系数和产物气体热阻塞作用仍使材料具备优异的防隔热性能。

关键词

酚醛树脂基复合材料 / 热解动力学模型 / 传热-热解模型 / 低气压热试验

基金资助

陕西省重点研发专项计划资助项(2022GXLH-01-04); 国家自然科学基金资助项目(12102056)