考虑C-SiO2反应的新型硅基材料烧蚀分析模型

• 作者: 王湘阳 年永乐 刘娜 程文龙
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 复合材料 烧蚀 化学反应 气体组分浓度 数值模拟 树脂含量
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 3270-3277
• 页数: 7页
• 分类号: V435+.14
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20201433

摘要

硅基复合材料是一种重要的烧蚀热防护材料，在综合考虑了碳-二氧化硅反应、碳的氧化、熔融二氧化硅的流失与蒸发等物理化学反应的基础上，建立了硅基复合材料的新型烧蚀分析模型。首先，利用质量守恒原理、化学平衡定律以及饱和蒸气压方程推导了包含碳-二氧化硅反应在内的壁面气体组分质量分数方程组，然后基于方程组的解计算出不同温度压力下，硅基复合材料烧蚀过程中碳与二氧化硅反应的量占碳消耗总量的比值，进而建立了包含碳-二氧化硅反应的硅基材料烧蚀的质量守恒和能量守恒模型。利用建立的模型计算了不同工况下材料的烧蚀速度，模拟结果与实验值吻合良好，与未考虑碳-二氧化硅反应的前人最新模型相比，平均误差可由10%减小至3%。最后，针对树脂含量对硅基复合材料烧蚀性能的影响进行了研究，结果表明树脂含量约0.5时烧蚀性能最佳。