复合材料传热模拟计算

实验简介：传热计算是陶瓷基复合材料在热防护领域应用中的一个关键问题，是材料科学与工程及航天、能源相关专业涉及传热学的学生的必修实验项目。由于实验设备稀缺、价格昂贵，实验准备过程繁复，实验过程时间长，进行整个实验的成本较高。并且实验结果受环境、操作人员操作过程影响较大，真实实验重复性较差，实验教学效率不高，所以需要进行仿真模拟实验。本传热模拟计算实验主要针对高温隔热材料和高温防热材料的实际使用条件，以平板件形式进行传热模拟，综合运用高级编程语言和flash技术，内置了若干陶瓷基防热材料和隔热材料的热物理参数，并调用一些传热计算软件，采用互动操作方式，形象直观地模拟耐高温陶瓷基防隔热复合材料的传热实验过程。

图1 用传热计算软件进行材料及内外环境设置

图2 SeeThmData软件界面

实验功能：实验系统提供高温陶瓷基防隔热复合材料防隔热实验模型界面，包括模拟显示样件、工装、加热装置、热电偶、温度控制柜等等，按照加热考核装置操作规程，真实地显示实验搭建、温度控制、材料选择、材料性能输入等等实验步骤，学生通过操作虚拟仿真实验，根据应用环境温度和要求的安全温度，进行材料的选材和厚度设计，由学生输入材料种类、厚度、组合层数、冷面边界条件等等参数，模拟计算得到位置、温度和时间的关系规律，验证选材的可行性。进而理解传热实验涉及到的相关物理量和边界条件。

实验效果：该虚拟仿真实验模拟了耐高温陶瓷基防隔热复合材料传热实验的全程真实实验，虚拟实验工装的设置，热面温度的控制，热电偶的选择与安装，冷面温度的测试，操作程序和加热过程外观变化逼真，虚拟实验结果与真实实验相似。学生通过虚拟仿真实验，可以掌握耐高温防隔热复合材料传热实验的基本操作过程，并获取材料冷面温度变化曲线，设计出合乎要求的防隔热结构，经过操作实验掌握热电偶选用、温度控制等方面的实验技巧，理解传热实验涉及到的相关物理量和边界条件。