半透明复合材料的多效应高温耦合传热特性-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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半透明复合材料的多效应高温耦合传热特性

项目名称：半透明复合材料的多效应高温耦合传热特性
项目类别：面上项目
批准号：51176038
申请代码：E0603
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：夏新林
负责人职称：教授
依托单位：哈尔滨工业大学
批准年度：2011

中文摘要：

针对太阳能高温利用、飞行器热防护、高能武器防护、功能材料热加工、材料高温热物性测量等工程和技术领域中广泛存在的光学窗口、陶瓷及耐热涂层、纳米隔热材料等半透明复合材料，研究材料内导热与辐射高温耦合传热的多效应机制和特性。包括两种传热方式耦合过程中的传播速度效应、非均相材料内固－固、固－气导热耦合的微尺度效应、界面效应，以及传热方式之间耦合、相间热耦合的时频特性。通过研究，深入认识此类材料耦合传热的多效应作用机制，掌握耦合特性的频域分析新方法，促进高温耦合传热理论发展。为新材料细观结构设计、高温应用中的热流与温度场控制、材料高温热物性测量等技术的创新发展提供科学理论基础。

中文主题词：复合材料；耦合传热；半透明；高温；热辐射

英文摘要：

composite；coupled heat transfer；semitransparent；high temperature；thermal radiation

英文主题词： composite；coupled heat transfer；semitransparent；high temperature；thermal radiation

结论摘要：

在太阳能高温热利用、高速飞行器热防护、热能动力、高温功能材料开发等技术领域，半透明材料及其复合结构的应用日益广泛，如太阳能高温光学窗口、高温陶瓷吸热单元、纳米隔热材料、耐高温涂层等。工程应用中，这些材料往往需要承受高温热过程，其热量输运机制和特性非常复杂，包含多种效应的耦合作用。因此，分析认识半透明复合材料的高温耦合传热特性、揭示其多效应耦合机理，不仅具有重要的科学价值，而且可为新材料设计与相关技术领域的应用提供必要的热学理论基础，对促进技术发展具有积极的推动作用。本项目以认识半透明材料及复合结构的高温传热机理和特性为主要目标，通过理论建模、数值模拟与基础热物性实验测量相结合的方法，从微纳米尺度和宏观结构两个层次开展研究，揭示尺寸效应、气固两相导热耦合、多种传热方式耦合、热传播速率及界面效应在半透明复合材料与结构耦合传热中的作用机制与影响规律。主要内容包括(1) 纳米颗粒及复合材料的导热机理和特性；(2) 复合材料与结构的微纳尺度辐射特性；(3) 半透明介质与材料的辐射性质参数实验测量；(4) 半透明及复合材料结构的耦合热输运特性。主要成果(1) 建立了三维球台形纳米颗粒的声子热输运LBM计算模型，揭示了纳米颗粒导热的尺寸和界面效应及温度依赖性；(2) 建立了纳米链固体骨架与孔隙气体耦合的纳米介质导热模型，以及微纳米复合材料的有效导热计算关系式，获得了材料组分、细观结构参数、气压、温度等对材料导热性能的影响规律；(3) 基于Mie 理论建立了掺杂微米颗粒的纳米材料热辐射特性理论计算方法，获得了某种纳米复合材料的辐射特性参数数据；(4) 采用微面斜率法、各向异性Bruggeman近似分析获得了半透明材料粗糙表面和纳米线阵复合表面的光谱散射和吸收特性；(5) 建立了热传播速率存在数量级差异的流固热耦合计算方法，揭示了耐高温复合材料表面、缝隙及多孔结构与高速气流之间的长时间非稳态耦合传热特性；(6) 研制了半透明材料高温辐射性质实验测量装置，建立了基于透射光谱测量数据获取材料光谱吸收特性参数的反演辨识方法，获得了石英、蓝宝石及纳米复合材料等介质的高温光谱辐射性质参数数据。发表论文50余篇，其中SCI收录19篇、EI收录31篇、SCI他引13次，申报发明专利5项，获发明专利授权3项。为深入认识半透明复合材料的高温传热机理和特性提供了重要的认识基础和技术手段。

成果综合统计