《新型功能複合材料跨尺度高溫光譜輻射特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由謝鳴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型功能複合材料跨尺度高溫光譜輻射特性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：謝鳴
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對飛行器高溫熱防護、雷射與高能武器防護、太陽能高溫利用等工程和技術領域中廣泛存在的納米隔熱材料、纖維隔熱氈、陶瓷及高溫塗層等新型功能性複合材料,研究在高溫條件下納米纖維的尺度特性、微觀結構、材料的表面形貌對材料光譜輻射特性的影響機制,包括：納米纖維尺度效應、微觀結構對上述複合材料高溫光譜輻射性能的影響機制及特性，表面形貌對複合材料散射、吸收、發射特性的影響機制，納米纖維高溫熱膨脹行為對材料熱輻射特性的影響以及微觀結構近場-遠場輻射轉換模型。通過研究，深入認識此類複合材料高溫光譜輻射特性的尺度效應，獲得納米纖維尺度、微觀結構及表面形貌與熱輻射性能間的影響機理，掌握跨尺度結構熱輻射傳輸的一體化時域分析新方法，促進微結構熱輻射傳熱理論發展，為新材料細觀結構設計、熱輻射的光譜和方向調控、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
近年來在實際工程中，新型材料所占比重逐漸增大，其中，非金屬複合材料的套用十分廣泛，尤其是以輕質、高強的纖維複合材料為代表，成為了工程方面所青睞的對象。本項目對飛行器熱防護、雷射與高能武器防護、太陽能等工程和技術領域中廣泛存在的納米纖維隔熱材料進行光譜輻射特性研究。纖維材料屬於半透明介質，其尺度特性、微觀結構、材料的表面形貌及構成材料的種類對都會影響材料的光譜特性。針對上述問題，分別選用了不同的計算分析方法進行研究。微觀尺度下，用時域有限差分法（FDTD）計算微觀結構及材料性質對光譜特性的影響機制及變化規律，通過設定不同的纖維之間衡向、縱向距離，改變單根纖維的尺寸及材料復折射率，以及建立2D纖維不同的排列方式（順排，錯排），綜合研究由於高密度粒子分布所引起的光學效應對材料輻射傳輸的影響，得到微觀下材料的光譜輻射特性。巨觀尺度下，基於輻射傳遞方程，用蒙特卡洛方法分別計算了短切纖維和編織纖維的輻射傳熱性質，考慮了纖維體積百分比，編織方式等的影響。並用格子玻爾茲曼方法將纖維的導熱與輻射進行了簡略的耦合計算，得到纖維材料整體的傳熱性質。實驗上採用了積分球反射率測量法，結合K-K關係式，反演得到纖維材料的光譜輻射性質。完整的建立了從微觀到巨觀纖維材料的計算過程，掌握多尺度結構熱輻射傳輸的一體化時域分析新方法。獲得了熱輻射性能與纖維材料之間各項參數之間的聯繫。為纖維複合材料的製備與生產提供了指導意見。促進了微結構輻射換熱的理論研究，並給出了新型材料微觀結構的設計新思路。
