《半透明複合材料的多效應高溫耦合傳熱特性》是依託哈爾濱工業大學，由夏新林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：半透明複合材料的多效應高溫耦合傳熱特性
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：夏新林
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對太陽能高溫利用、飛行器熱防護、高能武器防護、功能材料熱加工、材料高溫熱物性測量等工程和技術領域中廣泛存在的光學視窗、陶瓷及耐熱塗層、納米隔熱材料等半透明複合材料，研究材料內導熱與輻射高溫耦合傳熱的多效應機制和特性。包括：兩種傳熱方式耦合過程中的傳播速度效應、非均相材料內固－固、固－氣導熱耦合的微尺度效應、界面效應，以及傳熱方式之間耦合、相間熱耦合的時頻特性。通過研究，深入認識此類材料耦合傳熱的多效應作用機制，掌握耦合特性的頻域分析新方法，促進高溫耦合傳熱理論發展。為新材料細觀結構設計、高溫套用中的熱流與溫度場控制、材料高溫熱物性測量等技術的創新發展提供科學理論基礎。
結題摘要
在太陽能高溫熱利用、高速飛行器熱防護、熱能動力、高溫功能材料開發等技術領域，半透明材料及其複合結構的套用日益廣泛，如太陽能高溫光學視窗、高溫陶瓷吸熱單元、納米隔熱材料、耐高溫塗層等。工程套用中，這些材料往往需要承受高溫熱過程，其熱量輸運機制和特性非常複雜，包含多種效應的耦合作用。因此，分析認識半透明複合材料的高溫耦合傳熱特性、揭示其多效應耦合機理，不僅具有重要的科學價值，而且可為新材料設計與相關技術領域的套用提供必要的熱學理論基礎，對促進技術發展具有積極的推動作用。 本項目以認識半透明材料及複合結構的高溫傳熱機理和特性為主要目標，通過理論建模、數值模擬與基礎熱物性實驗測量相結合的方法，從微納米尺度和巨觀結構兩個層次開展研究，揭示尺寸效應、氣固兩相導熱耦合、多種傳熱方式耦合、熱傳播速率及界面效應在半透明複合材料與結構耦合傳熱中的作用機制與影響規律。 主要內容包括：(1) 納米顆粒及複合材料的導熱機理和特性；(2) 複合材料與結構的微納尺度輻射特性；(3) 半透明介質與材料的輻射性質參數實驗測量；(4) 半透明及複合材料結構的耦合熱輸運特性。 主要成果：(1) 建立了三維球檯形納米顆粒的聲子熱輸運LBM計算模型，揭示了納米顆粒導熱的尺寸和界面效應及溫度依賴性；(2) 建立了納米鏈固體骨架與孔隙氣體耦合的納米介質導熱模型，以及微納米複合材料的有效導熱計算關係式，獲得了材料組分、細觀結構參數、氣壓、溫度等對材料導熱性能的影響規律；(3) 基於Mie 理論建立了摻雜微米顆粒的納米材料熱輻射特性理論計算方法，獲得了某種納米複合材料的輻射特性參數數據；(4) 採用微面斜率法、各向異性Bruggeman近似分析獲得了半透明材料粗糙表面和納米線陣複合表面的光譜散射和吸收特性；(5) 建立了熱傳播速率存在數量級差異的流固熱耦合計算方法，揭示了耐高溫複合材料表面、縫隙及多孔結構與高速氣流之間的長時間非穩態耦合傳熱特性；(6) 研製了半透明材料高溫輻射性質實驗測量裝置，建立了基於透射光譜測量數據獲取材料光譜吸收特性參數的反演辨識方法，獲得了石英、藍寶石及納米複合材料等介質的高溫光譜輻射性質參數數據。 發表論文50餘篇，其中SCI收錄19篇、EI收錄31篇、SCI他引13次，申報發明專利5項，獲發明專利授權3項。 為深入認識半透明複合材料的高溫傳熱機理和特性提供了重要的認識基礎和技術手段。
