[發(fā)明專利]一種適用于受多維變量影響的防隔熱分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011457986.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN112560309B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董永朋;辛健強(qiáng);徐騰飛;劉久周;屈強(qiáng);王錦峰;王彥靜;李洋;尹琰鑫;王潤(rùn);許小靜;李秀濤;王露萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種適用于受多維變量影響的防隔熱分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，基于防隔熱方案的幾何模型，建立三維瞬態(tài)熱分析有限元模型；

步驟(2)，將多孔防隔熱材料的熱物性參數(shù)輸入到三維瞬態(tài)熱分析有限元模型中，多孔材料熱物性參數(shù)包括密度、比熱容、輻射系數(shù)和熱導(dǎo)率，其中，覆蓋整個(gè)分析溫度和壁面壓強(qiáng)下的熱導(dǎo)率值利用典型熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)點(diǎn)通過反距離加權(quán)法插值得到；

步驟(3)，將初始溫度、內(nèi)壁輻射邊界條件施加到三維瞬態(tài)熱分析有限元模型上，內(nèi)壁輻射邊界條件包括內(nèi)壁輻射中輻射系數(shù)和環(huán)境溫度；

步驟(4)，基于初始?xì)鈩?dòng)熱環(huán)境條件，通過采用式(2)的冷熱壁熱流轉(zhuǎn)換，得到熱壁熱流密度q_n，將不同時(shí)刻的熱壁熱流密度q_n施加在三維瞬態(tài)熱分析有限元模型上；

其中，q_n為熱壁熱流密度；q_c為冷壁熱流密度；h_w為氣體壁焓；h_r為氣體恢復(fù)焓；σ為玻爾茲曼常數(shù)；ε為結(jié)構(gòu)表面輻射系數(shù)；θ_w為表面壁溫；式(2)中q_c、h_r為給定的輸入；玻爾茲曼常數(shù)σ＝5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；ε為表面輻射系數(shù)；h_w通常采用式(3)計(jì)算得到：

其中，p_e為壁面壓強(qiáng)；

步驟(5)，根據(jù)不同時(shí)刻的溫度分布和熱環(huán)境中的壁面壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，調(diào)用插值后該溫度和壁面壓強(qiáng)下的熱導(dǎo)率值；

步驟(6)，通過三維瞬態(tài)熱分析有限元傳熱求解，最終獲得多孔防隔熱材料沿整個(gè)時(shí)間歷程的溫度場(chǎng)分布，并提取內(nèi)外表面溫度隨時(shí)間的變化歷程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于受多維變量影響的防隔熱分析方法，其特征在于，步驟(1)中，防隔熱方案的幾何模型包括多孔防隔熱材料1和底部粘接的應(yīng)變隔離墊緩沖層2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于受多維變量影響的防隔熱分析方法，其特征在于，步驟(4)通過以下子步驟實(shí)施：

子步驟(4.1)，第1s時(shí)刻，q_c、h_r和p_e取表2中對(duì)應(yīng)時(shí)刻的給定值，溫度θ_w取25℃，h_w為按式(3)得到的計(jì)算值，將第1s時(shí)刻轉(zhuǎn)換后的q_n施加到有限元模型上，然后開展傳熱分析，獲得第1s時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布；

子步驟(4.2)，第2s時(shí)刻，q_c、h_r和p_e取表2中對(duì)應(yīng)時(shí)刻的給定值，溫度θ_w取第1s時(shí)刻獲得的溫度值，h_w為按式(3)得到的計(jì)算值，將第2s時(shí)刻轉(zhuǎn)換后的q_n施加到有限元模型上，然后開展傳熱分析，獲得第2s時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布；

子步驟(4.3)，以此類推，第ns時(shí)刻，q_c、h_r和p_e取表2中對(duì)應(yīng)時(shí)刻的給定值，溫度θ_w取第n-1s時(shí)刻獲得的溫度值，h_w為按式(3)得到的計(jì)算值，將第ns時(shí)刻轉(zhuǎn)換后的q_n施加到有限元模型上，然后開展傳熱分析，獲得第ns時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布；

子步驟(4.4)，直到完成整個(gè)時(shí)間歷程的熱環(huán)境數(shù)據(jù)施加，獲得相應(yīng)的溫度場(chǎng)分布。