基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

气动加热现象:

物体与气体做高速相对运动时所产生的摩檫力转换为热力。

烧蚀现象:

在热运动着的气流的作用下,暴露在高温环境下表面物质发生损失,从而减少温度的向内传递。

烧蚀防热:

在热运动着的气流的作用下,暴露在高温环境下表面物质发生损失,从而减少温度的向内传递。

表征参数:

1)烧蚀率:其值越小性能越好

  • 线烧蚀率
  • 质量烧蚀率

2)炭化率:其值越大,烧蚀性能越好

3)氧指数:其值越大,烧蚀性能越好

4)导热系数:其值越小,性能越好

COMSOL多物理场耦合:

烧蚀是一个外部流场、表面烧蚀、内部传热相互作用的耦合过程。COMSOL提供了两个接口,即移动网格接口变形几何接口

移动网格接口:其反映了由于固体材料变形导致的外形变化,当使用移动网格时,固体材料的变形与网格的变形保持一致,体积的变化说明材料被拉伸或压缩,但总质量保持不变。

变形几何接口:材料不随形状一起改变,形状的改变对应于材料的添加或去除,体积的变化说明了质量的增加或减少。

COMSOL仿真:

1:建立模型

模型维度选择二维,物理场选择固体传热,同时添加变形几何接口,研究选择一般研究瞬态。然后建立一个长30mm、宽15mm的矩形来表示烧蚀试样。

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

  2:参数定义

烧蚀温度Ta:3453 [K]

材料密度Ps:2300 [kg/m^3]

环境温度Tamb:293.15 [K]

初始温度Tini:293.15 [K]

广义向内热通量Qinc:1.25*10^7 [W/m^2]

烧蚀焓差hc:9*10^6 [J/kg]

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 3:固体参数设置

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 4:固体传热条件

上边界:入射热流,添加一个广义向内热通量,其值为Qinc

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

模型下侧:热绝缘

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

材料表面:限制热流,添加一个对流热通量,传热系数为h_rf((T-Ta)[1/K])

  • h_rf 为定义的斜坡函数,斜率为1*10^9

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 表面对环境热辐射:发射率为0.85

 

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 5:变形几何条件

下边界固定:

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

模型添加自由变形:

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

上边界指定法向网格速度:ht.hf2.q0 由COMSOL软件内部获得

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

左右边界x轴方向固定,y轴方向自由:

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 6:划分网格:定义上边界网格数量为100

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

 7:求解:输出时步为50

基于COMSOL烧蚀仿真:固体传热+变形网格

COMSOL烧蚀仿真结果

来源:猪脚SHOW

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