基于ANSYS的金屬蜂窩板熱性能模擬研究

樊卓志， 孫 勇， 彭明軍， 王 堃

（昆明理工大學材料科學與工程學院，昆明 650093）

金屬蜂窩板以其優越的隔熱性能而成為金屬熱防護系統（Metallic Thermal Protection System，MTPS）的重要組成部分。金屬蜂窩板除具有一定的隔熱性能外，還有較高的比強度、耐沖擊性及隔音等性能，起初主要應用于航空航天工業，隨著科技不斷進步，在民用領域逐漸得到重視。其中，提高蜂窩板熱性能是重要的研究方向。許多學者對蜂窩板的傳熱進行了研究。國外早在上世紀五六十年代就開始對蜂窩板傳熱過程進行研究。Swann and pittman［1］將蜂窩內傳熱過程等效為導熱問題，提出了計算蜂窩當量導熱系數的半經驗公式，已被作為一個標準模型來計算蜂窩結構的熱傳導問題。N.D.Kaushika等［2］推導了一種基于蜂窩芯層為灰體假設的物理模型，計算了蜂窩結構的輻射換熱量。Copenhaver［3］采用有限元法模擬了蜂窩內的輻射導熱耦合換熱。陳勇等［4］提出一種有限元數值模擬方法用于計算蜂窩板傳導和輻射耦合傳熱問題，并進行了實驗驗證。梁偉等［5］建立了金屬蜂窩板瞬態傳熱數值計算模型，并將計算結果與試驗結果進行了對比。YI Long等［6］選取高階單元，采用高斯積分對單元表面變輻射熱流進行了精確研究。李東輝等［7］提出了一種計算非穩態氣動加熱下金屬蜂窩板內輻射導熱耦合換熱數值計算方法。

目前大多數研究主要是提出一種數值方法來模擬金屬蜂窩板的穩態或者瞬態傳熱。Fatemi J［8］和Max L Blosser［9］采用有限元方法對 MTPS在熱載荷下的響應進行了模擬預測，相對穩態傳熱，瞬態傳熱過程的研究還有待深入。……