·246· 工程科学学报，第37卷，第2期 600 a 600 500 500 400 400 300 测点2 测点2 0 测发 0- 测点3 300 △ 测点4 200 测测测 200 测点5 4 6 测点7 100 0 则点8 则点8 0 400 800 12001600 2000 24002800 400 800 12001600 20002400 时间/s 时间 700 600 500 400 测点2 300 测点3 200 测点7 100 ◇-测点8 0 400 800 1200 1600 时回/s 图5不同界面压力条件下各测点温度的时间历程：(a)0kN:(b)1kN:(c)2kN Fig.5 Temperature history of each measurement point under different interface loads:(a)0kN:(b)1kN:(c)2kN 。一界面载荷0k 3 计算结果与讨论 o一界面载荷1kN △一界面截荷2kN 对于图1所示的内置高导C/C材料疏导式热防 护原理模型，由于结构及热流密度载荷的轴对称性，取 10 o-aoooooaAmug 结构的纵向截面为研究对象，建立轴对称模型，其结构 及网格划分如图7所示. 在OA及AB外表面上施加给定热流边界条件， 088889aR-882m 给定的热流由气动热流和辐射热流组成，如式(2)所 示.外表面BC、CD和DE给定辐射热流边界条件， 1 OE为轴对称绝热边界，在结构内部耐热三维编织C/ 100150200250300350400450500550 界面温度值/℃ C复合材料与高导C/C材料界面设定接触热阻.利 用有限元法计算得到的温度场如图8所示.如果不 图6接触热阻随界面平均温度及界面压力的变化 采用内置高导C/C材料的疏导式热防护，结构全部 Fig.6 Variation of contact thermal resistance with interface average 材料都采用三维编织C/C材料，那么结构的温度场 temperature under different interface loads 如图9所示.图10给出了沿着结构中轴线0E方向 面压力的增加，通过界面热传导传递的热量在全部通 内置高导C/C材料和耐热编织C/C材料模型温度分 过界面的热量中的比重越来越大，因此通过间隙辐射 布的比较结果 传递的热量所占比重越来越小，温度的影响也就不太 从以上计算结果可以看出，在三维编织C/C材料 明显了.也就是说，在界面压力比较小的条件下，界面 与高导C/C材料界面接触热阻取试验值2×105K· 间隙辐射换热效应是不能忽略的.实际结构界面压力 m2W的条件下，模型驻点温度为1980K,而试验结 都比较大，因此在随后的模拟中如果没有明确说明，取 果为1973K,这表明当前的计算模型是合理可行的，与 三维编织C/C材料与高导C/C材料之间的接触热阻 此同时，由第2节试验得到的三维编织C/C材料与高 为2×10-5Km2.Wl 导C/C材料间接触热阻的试验结果也是可信的.工程科学学报，第 37 卷，第 2 期 图 5 不同界面压力条件下各测点温度的时间历程: ( a) 0 kN; ( b) 1 kN; ( c) 2 kN Fig． 5 Temperature history of each measurement point under different interface loads: ( a) 0 kN; ( b) 1 kN; ( c) 2 kN 图 6 接触热阻随界面平均温度及界面压力的变化 Fig． 6 Variation of contact thermal resistance with interface average temperature under different interface loads 面压力的增加，通过界面热传导传递的热量在全部通 过界面的热量中的比重越来越大，因此通过间隙辐射 传递的热量所占比重越来越小，温度的影响也就不太 明显了． 也就是说，在界面压力比较小的条件下，界面 间隙辐射换热效应是不能忽略的． 实际结构界面压力 都比较大，因此在随后的模拟中如果没有明确说明，取 三维编织 C /C 材料与高导 C /C 材料之间的接触热阻 为 2 × 10 － 5 K·m2 ·W － 1 ． 3 计算结果与讨论 对于图 1 所示的内置高导 C /C 材料疏导式热防 护原理模型，由于结构及热流密度载荷的轴对称性，取 结构的纵向截面为研究对象，建立轴对称模型，其结构 及网格划分如图 7 所示． 在 OA 及 AB 外表面上施加给定热流边界条件， 给定的热流由气动热流和辐射热流组成，如式( 2) 所 示． 外表面 BC、CD 和 DE 给定辐射热 流 边 界 条 件， OE 为轴对称绝热边界，在结构内部耐热三维编织 C / C 复合材料与高导 C /C 材料界面设定接触热阻． 利 用有限元法计算得到的温度场如图 8 所示． 如果不 采用内置高导 C /C 材料的疏导式热防护，结构全部 材料都采用三维编织 C /C 材料，那么结构的温度场 如图 9 所示． 图 10 给出了沿着结构中轴线 OE 方向 内置高导 C /C 材料和耐热编织 C /C 材料模型温度分 布的比较结果． 从以上计算结果可以看出，在三维编织 C /C 材料 与高导 C /C 材料界面接触热阻取试验值 2 × 10 － 5 K· m2 ·W － 1的条件下，模型驻点温度为 1980 K，而试验结 果为 1973 K，这表明当前的计算模型是合理可行的，与 此同时，由第 2 节试验得到的三维编织 C /C 材料与高 导 C /C 材料间接触热阻的试验结果也是可信的． · 642 ·