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CC复合材料烧蚀行为的数值模拟
摘要
本文通过数值模拟的方法探究了碳纤维-环氧复合材料（CC复合材料）在高速飞行时烧蚀行为。采用ANSYSFluent软件对CC复合材料进行了二维稳态的热流场数值模拟。通过分析CC复合材料烧蚀过程产生的物理现象，如热流、温度分布及烧蚀率等，得出了CC复合材料的烧蚀发展规律与特征。研究结果表明，CC复合材料的烧蚀主要受材料表面热流密度和不同热载荷的影响，随着烧蚀时间的推进，烧蚀深度和面积不断增加，烧蚀程度不断加剧。
关键词：CC复合材料；烧蚀；数值模拟；热流场
Abstract
Thisarticleexplorestheablationbehaviorofcarbonfiber-epoxycompositematerials(CCcompositematerials)duringhigh-speedflightthroughnumericalsimulation.The2Dsteady-statethermalflowfieldofCCcompositematerialswassimulatedusingANSYSFluentsoftware.ByanalyzingthephysicalphenomenageneratedduringtheablationprocessofCCcompositematerials,suchasheatflux,temperaturedistribution,andablationrate,theablationdevelopmentlawandcharacteristicsofCCcompositematerialswereobtained.TheresearchresultsshowthattheablationofCCcompositematerialsismainlyaffectedbythesurfaceheatfluxdensityofthematerialanddifferentthermalloads.Astheablationtimeprogresses,theablationdepthandareaincreasecontinuously,andthedegreeofablationcontinuestointensify.
Keywords:CCcompositematerials;ablation;numericalsimulation;thermalflowfield
正文
1.研究背景
CC复合材料具有优异的耐高温、耐磨损、抗腐蚀等性能，广泛应用于航空、航天等高端技术领域，成为一种极具发展潜力的先进材料。但在高速飞行时，CC复合材料将面临高温、高速的气动热负荷，严重烧蚀问题成为限制其应用的主要因素。因此，研究CC复合材料在高速飞行过程中的烧蚀行为对于提高其应用性能和寿命具有重要意义。
2.研究方法
本文采用ANSYSFluent软件对CC复合材料进行了二维稳态的热流场数值模拟。热流场的边界条件采用了高速飞行速度下典型的热载荷和气动参数，考虑了CC复合材料热物性随温度的变化，通过求解数值模拟方程组得到了CC复合材料的温度分布、热流密度分布等数据。
3.研究结果
通过分析CC复合材料在高速飞行过程中的热流场，得出了CC复合材料的烧蚀发展规律与特征。具体来说，CC复合材料的烧蚀深度和面积随着烧蚀时间的不断增加而持续增加，烧蚀过程具有明显的时间依赖性。在烧蚀过程中，CC复合材料表面的热流密度是影响烧蚀深度和面积的主要因素，热流越高，烧蚀速度越快。此外，不同热载荷条件下CC复合材料的烧蚀特征也存在差异，当烧蚀过程受到外部冷却时，烧蚀深度和面积较小，而当烧蚀过程受到持续热流冲击时，烧蚀深度和面积明显增大。
4.结论
本文通过数值模拟的方法研究了CC复合材料在高速飞行过程中的烧蚀行为，得出了CC复合材料烧蚀发展规律与特征。研究结果表明，CC复合材料的烧蚀主要受材料表面热流密度和不同热载荷的影响，随着烧蚀时间的推进，烧蚀深度和面积不断增加，烧蚀程度不断加剧。
参考文献
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