聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。     

聚合物材料表面原子氧防护技术的研究进展

聚合物材料具有质量轻、强度高等优点, 常被用作航天器表面的复合结构基材。原子氧是低地球轨道空间中成分含量最高的粒子之一, 对暴露在航天器表面的聚合物材料易形成大通量、高能量轰击, 造成其表面氧化侵蚀和质量损失, 使聚合物材料的性能发生不同程度的衰退, 也是导致航天器件可靠性降低、工作寿命缩短的主要环境因素。本文对当前国内外通用的几种聚合物材料表面原子氧防护技术进行了整理归纳, 其中表面化学改性方法结合了体材改性和常用防护涂层的优点, 得到的有机/无机复合改性防护层具有较好的综合防护性能。文中分析了近年来由计算模拟法开展原子氧与表面防护材料相关作用机理的研究, 指出采用计算模拟结合试验的研究方法, 有可能从本质上揭示复合改性层与原子氧的作用机理, 从而促进原子氧防护材料与防护技术的研究发展。     

回转窑内煤粉燃烧机理数值模拟的研究

针对-回转窑建立模型进行煤粉燃烧的数值模拟,其中气相采用k—ε双方程湍流模型,离散相采用颗粒轨道模型,燃烧采用非预混燃烧结合简化的PDF模型,辐射采用P1模型。数值模拟计算结果揭示了挥发分释放与燃烧的过程以及焦炭的燃烧机理,为煤粉在回转窑内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。     

回转窑内煤粉燃烧的数值模拟

针对一实际回转窑建立模型进行了煤粉燃烧的数值模拟,其中气相采用k-ε双方程湍流模型、离散相采用颗粒轨道模型、燃烧采用非预混燃烧结合简化的PDF模型、辐射采用P1模型。模拟结果表明：在整个窑长方向,流场由＂双峰＂结构逐渐向＂单峰＂结构转化;一次风射流对二次风的卷吸作用很明显,形成了内回流区和外回流区。火焰形状呈棒槌形,但燃烧器附近低温区很长,需要改进。