基于COMSOL烧蚀仿真：固体传热+变形 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 格接口和变形几何接口

移动 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 格时，固体材料的变形与 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。

  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]

 3：固体参数设置

 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

模型下侧：热绝缘

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

 表面对环境热辐射：发射率为0.85

 5：变形几何条件

下边界固定：

模型添加自由变形：

上边界指定法向 格速度：ht.hf2.q0 由COMSOL软件内部获得

左右边界x轴方向固定，y轴方向自由：

 6：划分 格：定义上边界 格数量为100

 7：求解：输出时步为50

COMSOL烧蚀仿真结果