李明健
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陈龙
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倪明玖
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张年梅
工程热物理学报
包层结构是国际热核聚变实验堆(ITER)中的重要组件,它的力学行为与磁 热-流-固多物理场的耦合效应密切相关.本文采用有限体积法和有限元方法,分析了磁场强度和流体入口速度对包层内流动传热效应和包层中流道插件(FCI)结构安全性的影响.对磁场效应的分析表明,虽然MHD效应对流体存在不利影响,但磁场效应引起的M型速度分布改变了流体的传热形式,可以增加流体出口平均温度,提高热效率;同时,射流可降低第一壁最高温度,减小FCI最大结构热应力.此外,磁场效应还降低了FCI的热膨胀趋势,使得侧壁和Hartmann壁的法向位移有所减小.对于入口流速的分析表明,当速度增加时,PbLi流体出口平均温度降低,使其热效率降低,但流道向氦气中的热泄露有所减少,增加了出口输出热功率.当速度超过0.06 m/s时,出口热功率占中子生成热功率的比例将稳定在85％左右,同时考虑到第一壁和FCI的结构安全性,入口速度选择在0.06～0.10 m/s间可使包层达到良好的传热性能和安全性能.
关键词:
多物理场
,
流道插件
,
传热
,
热应力
朱燕伟
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孟松鹤
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易法军
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赵小光
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潘威振
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.002
为研究用于钝头体高超声速飞行器热防护系统的碳/酚醛复合材料在典型服役环境下的烧蚀机制,首先,建立了烧蚀行为的数学模型,模型考虑了材料表面热辐射、固体相的温升吸热、基体热解反应吸热、高温热解气体引射、质量引射引起“热阻塞”效应、热解气体的温升和膨胀吸热等多种能量耗散机制,并利用有限元方法实现了数学模型的求解；然后,预报了在冷壁热流为400 kW·m-2、焓值为5 MJ·kg-1的气动热环境下碳/酚醛复合材料的烧蚀行为。结果表明：在受热过程中,厚度为20 mm的碳/酚醛复合材料碳化层的深度持续增加,100 s 时的表面温度达到1420 K,背壁温度为346 K,热解气体压力达10.3 atm,碳化层深度为7.50 mm。所得结论可为具有长时间大面积热防护需求的高超声速飞行器的热防护系统设计提供支持。
关键词:
碳/酚醛复合材料
,
热防护
,
多物理场
,
烧蚀行为
,
有限元方法
