题目：高温隔热材料隔热性能模拟及优化

可重复使用运载器RLV进入大气层时，运载器将受到严重的气动热，为保证机身不被焚毁，保证内部部件在正常的温度范围内工作，必须对其进行热防护处理，制备先进的热防护系统TPS是对运载器进行热防护的关键技术。本文主要研究高温纤维隔热材料和高温多层隔热材料，这两种材料由于其优良的隔热性能，常常运用于热防护系统中。由于隔热材料的有效热导率很低，通过实验的方法只能获取材料在某一平均温度下的有效热导率，并且在测试中，材料的高温端和低温端的温度相差较大，因而实验测得的参数只能粗略地比较材料导热性能的优劣，不易通过有效热导率去研究材料的热量传输过程。为了研究材料内部的能量传输过程，往往采用实验结合数值模拟的方法。

本文提出了用材料的辐射发射率/吸收率、透过率、反射率以及固体和气体提供的热导率与温度的关系这些宏观参数去描述隔热材料的传热过程，文章采用有限体积法建立了高温隔热材料的数值分析模型，此模型可用来计算隔热材料的稳态温度场、瞬态温度场、有效热导率、辐射热流量、热传导热流量等。模型中涉及到的物性参数不易通过实验的方式测量，因而本文首先采用传统实验方法测量材料的有效热导率，借助MATLAB拟合出材料的宏观热物性参数，随后将这些参数用于隔热材料的数值计算模拟之中。通过实验值和模拟值的对比，本模型计算误差在7%以内，模型适用于纤维隔热材料和多层隔热材料。

本文研究了反射屏对多层隔热材料的作用，研究表明，反射屏具有蓄热作用和反射作用，对于发射率/吸收率高（大于0.4）的AS纤维隔热材料，反射屏主要通过蓄热作用影响材料的瞬态温度场；对于发射率/吸收率低（小于0.4）的AS纤维隔热材料，反射屏主要通过反射作用减缓辐射热流的传播进而减小纤维材料的有效热导率，改变稳态温度场。随后针对反射屏反射作用明显的纤维材料，我们通过改变反射屏的位置，研究反射屏对材料热物理性能的影响，对多层隔热材料进行结构优化。