一种基于Boltzmann方程的碳基复合材料氧化烧蚀微观界面的追踪方法

针对碳基复合材料的非均相特点,构建环境-纤维—中间相-基体多相单胞烧蚀模型,应用非平衡统计物理学的Boltzmann方程,求解该扩散—表面非均相氧化反应体系中各相的空间演化过程,实现对介尺度下烧蚀界面的精确追踪。本文先对两相单胞模型进行了求解,获得了与解析解一致的结果,验证了模型。再对三相单胞模型的烧蚀过程进行了数值模拟。结果表明,氧化烧蚀界面的形貌主要取决于相邻两相之间的状态;气相浓度的线性化假设在远离界面处具有合理性,但在界面附近气相浓度呈非线性分布。由于扩散的限制,纤维与基体之间的界面相在氧化烧蚀过程中存在最大烧蚀深度。通过数值模拟给出了烧蚀深度与舍伍德数、纤维半径和反应速率比之间的函数关系,提出的界面追踪算法在求解过程中表现出了很好的稳定性。