312 安交通大学学报 第42卷 0.0250.0350.0450.0550. 图8不同时刻沿径向的气相体积分数分布 图5600s时骨架的温度分布 总的电加热功率等于热流密度与该计算单元体 积的乘积,计算得到的电加热功率为28.91kW,与 实验中的实际电加热功率29.0kW相比,误差较 小,表现出较好的一致性 3结论 (1)通过模拟计算,得到了不同时刻的温度场分 布、径向温度随时间的变化规律,以及相变过程含气 率沿径向的分布从径向温度随时间的变化规律可 以看出,随着反应的进行,形成了内高外低的温度梯 度.研究结果为优化工艺过程、改善产品质量、降低 图6900s时骨架的温度分布 生产成本提供了一定的参考价值 流另外3个时刻的回流不明显,汽化所带走的热量 (2)根据以上所得的计算结果,不难看出由于和 很少,故轴向温度分布较图5所显示的时刻均匀4加热棒比较接近的内层温度高,故内层的煤油首先 个时刻沿着半径方向的温度分布如图7所示,气相由液相转变为气相然后发生裂解反应,生成的碳沉 体积分数电的分布如图8所示 积下来沉积过程由里向外进行,最终生成致密而结 在内热源的作用下,整个预制体的温度从里向实的碳/碳复合材料 外逐渐降低,形成了一个内高外低的温度梯度.石墨 棒升温至1273.15K后保持温度不变,成为一个恒参考文献 温内热源在其作用下,温度梯度逐渐减小同时,处]侯向辉,李贺军,李克智,等CV制备碳/碳复合材料 于沸腾状态的液相煤油逐渐发生相变,由于温度梯 致密化行为模拟研究[].兵器材料科学与工程,1999 度的作用,会得到如图8所示的预制体的气相体积 22(2)28-33 分数的分布情况可以明显看出,在反应进行到900 HOU Xianghui, LI Hejun, LI Kezhi, et al. Numerical s时,预制体内的液相煤油已基本转化为气相煤油 study on densification in preparing carbon/ carbon com- posites by CvI]. Ordnance Material Science and E- gineering,1999,22(2):28-33. [2]姜开宇,李贺军,侯向辉,等.轴对称CC复合材料件 等温CⅥI过程的数值模拟研究[J].西北工业大学学 报,200018(4)665-668 J IANG Kaiyu, LI Hejun, HOU Xianghui, et al. Nur merical study on axisymmetric carbon/ carbon compos ites by constant temperature CVI [J]. Journal of 3930·03063 Northwestern Polytechnical University, 2000, 18(4) 665-668 图7不同时刻沿径向的温度分布 (下转第384页) o1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net图 5 600 s 时骨架的温度分布 图 6 900 s 时骨架的温度分布 流. 另外 3 个时刻的回流不明显 ,汽化所带走的热量 很少 ,故轴向温度分布较图 5 所显示的时刻均匀. 4 个时刻沿着半径方向的温度分布如图 7 所示 ,气相 体积分数φg 的分布如图 8 所示. 在内热源的作用下 ,整个预制体的温度从里向 外逐渐降低 ,形成了一个内高外低的温度梯度. 石墨 棒升温至 1 273115 K后保持温度不变 ,成为一个恒 温内热源. 在其作用下 ,温度梯度逐渐减小. 同时 ,处 于沸腾状态的液相煤油逐渐发生相变 ,由于温度梯 度的作用 ,会得到如图 8 所示的预制体的气相体积 分数的分布情况. 可以明显看出 ,在反应进行到 900 s 时 ,预制体内的液相煤油已基本转化为气相煤油. 图 7 不同时刻沿径向的温度分布 图 8 不同时刻沿径向的气相体积分数分布 总的电加热功率等于热流密度与该计算单元体 积的乘积 ,计算得到的电加热功率为 28191 kW ,与 实验中的实际电加热功率 2910 kW 相比 ,误差较 小 ,表现出较好的一致性. 3 结 论 (1) 通过模拟计算 ,得到了不同时刻的温度场分 布、径向温度随时间的变化规律 ,以及相变过程含气 率沿径向的分布. 从径向温度随时间的变化规律可 以看出 ,随着反应的进行 ,形成了内高外低的温度梯 度. 研究结果为优化工艺过程、改善产品质量、降低 生产成本提供了一定的参考价值. (2) 根据以上所得的计算结果 ,不难看出由于和 加热棒比较接近的内层温度高 ,故内层的煤油首先 由液相转变为气相 ,然后发生裂解反应 ,生成的碳沉 积下来. 沉积过程由里向外进行 ,最终生成致密而结 实的碳/ 碳复合材料. 参考文献 : [1 ] 侯向辉 ,李贺军 ,李克智 ,等. CVI 制备碳/ 碳复合材料 致密化行为模拟研究[J ]. 兵器材料科学与工程 ,1999 , 22 (2) :28Ο33. HOU Xianghui , L I Hejun , L I Kezhi ,et al. Numerical study on densification in preparing carbon/ carbon com2 posites by CVI[J ]. Ordnance Material Science and En2 gineering ,1999 ,22 (2) :28Ο33. [2 ] 姜开宇 ,李贺军 ,侯向辉 ,等. 轴对称 C/ C 复合材料件 等温 CVI 过程的数值模拟研究[J ]. 西北工业大学学 报 ,2000 ,18 (4) :665Ο668. J IAN G Kaiyu , L I Hejun , HOU Xianghui , et al. Nu2 merical study on axisymmetric carbon/ carbon compos2 ites by constant temperature CVI [ J ]. Journal of Northwestern Polytechnical University , 2000 , 18 (4) : 665Ο668. (下转第 384 页) 312 西 安 交 通 大 学 学 报 第 42 卷