碳/碳复合材料CVD装炉构型流场模拟方法、介质及终端与流程

本发明涉及复合材料制备，尤其涉及一种碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法、介质及终端。

背景技术：

1、碳/碳复合材料是指以碳纤维为增强体、碳为基体的先进复合材料，具有密度大、比强度大、耐高温、耐热冲击、摩擦磨损性能优异等一系列优异特性，在航空、航天、核能、医学和民用等领域都具有良好的应用前景，已广泛用于航空刹车制动、火箭发动机喷管、喉衬等部件。

2、化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)是碳/碳复合材料制备的关键工艺，其沉积效果对材料的结构和性能至关重要。cvd反应炉是碳/碳复合材料沉积的场所，碳源气体从进入炉内开始到最后排出，整个过程的流场分布直接影响cvd沉积效果。由于cvd流场分布过于抽象，不能直接观察到气流体的流动，同时工装及坯料装炉构型较为复杂，导致在cvd反应炉结构设计时不能充分考虑炉内结构对流场的干预，从而无法准确、有效地评估cvd装炉方案的合理性。

3、目前，大部分碳/碳复合材料研制生产单位都是采用传统反复试制的方法对cvd装炉构型和工装进行优化，其生产周期一般在4～6个月，大大增加了碳/碳复合材料的制造成本，延长了技术开发的周期，造成大量资源的浪费。因此，如何提供一种快速有效的碳/碳复合材料cvd装炉方案验证方法，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法、介质及终端，使用所述方法对碳/碳复合材料cvd过程中的流体系统进行模拟和分析，可以快速验证cvd装炉构型设计方案的合理性、缩短产品开发周期。

2、第一方面，一种碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，包括：

3、s1：确定cvd气体流场工程模型；

4、s2：将cvd气体流场工程模型按照预设比例转化为几何模型；

5、s3：利用网格划分工具对几何模型进行网格划分，并将划分后的几何模型导入计算流体动力学软件；

6、s4：设置气体流动模型，定义气体材料属性和边界条件；

7、s5：确定控制流动的离散代数方程组，利用数值求解器求解方程组，得到流场模拟结果；

8、s6：对流场模拟结果进行可视化处理。

9、进一步地，所述网格的类型包括四面体、六面体。

10、进一步地，所述气体流动模型包括层流模型、湍流模型。当流体流速很小时，流体分层流动，互不混合，此时选用层流模型；当流速增大到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻层流间不仅有滑动，还有混合，此时应选用湍流模型。

11、进一步地，所述气体材料属性为流体。

12、更进一步地，气体为甲烷、乙烷、乙炔、丙烯、丙烷、氮气中的一种或多种的混合。

13、进一步地，所述边界条件包括流体域入口、流体域出口、流体与固体的界面、流体域入口速度、流体域出口压力。

14、进一步地，所述离散代数方程组包括连续性方程和动量守恒方程。

15、进一步地，所述数值求解器包括压力基求解器、密度基求解器。其中，压力基求解器适用于低速、不可压缩流体；密度基求解器适用于高速、可压缩流体。

16、第二方面，一种可读存储介质，存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时以执行如上所述方法的步骤。

17、第三方面，一种电子终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储了计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序以执行如上所述方法的步骤。

18、有益效果

19、本发明提出了一种碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法、介质及终端，所述方法利用可视化的计算流体动力学软件对碳/碳复合材料cvd过程中的流体系统进行模拟和分析，从流场分布角度对碳/碳复合材料cvd装炉构型设计方案进行验证和优化；本发明提供的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法计算周期最短为3～5天，不仅可以节约资源、降低生产成本，还有利于缩短产品开发周期、加快技术迭代速度。

技术特征：

1.一种碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，所述网格的类型包括四面体、六面体。

3.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，所述气体流动模型包括层流模型、湍流模型。

4.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，所述气体材料属性为流体。

5.根据权利要求4所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，气体为甲烷、乙烷、乙炔、丙烯、丙烷、氮气中的一种或多种的混合。

6.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，所述边界条件包括流体域入口、流体域出口、流体与固体的界面、流体域入口速度、流体域出口压力。

7.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，所述离散代数方程组包括连续性方程和动量守恒方程。

8.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料cvd装炉构型流场模拟方法，其特征在于，所述数值求解器包括压力基求解器或密度基求解器。

9.一种可读存储介质，其特征在于：存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时以执行：权利要求1-8任一项所述方法的步骤。

10.一种电子终端，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器存储了计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序以执行：权利要求1-8任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种碳/碳复合材料CVD装炉构型流场模拟方法、介质及终端，其中方法包括：确定CVD气体流场工程模型；将CVD气体流场工程模型按照预设比例转化为几何模型；利用网格划分工具对几何模型进行网格划分，并将划分后的几何模型导入计算流体动力学软件；设置气体流动模型，定义气体材料属性和边界条件；确定控制流动的离散代数方程组，利用数值求解器求解方程组，得到流场模拟结果；对流场模拟结果进行可视化处理。使用所述方法对碳/碳复合材料CVD过程中的流体系统进行模拟和分析，可以快速验证CVD装炉构型设计方案的合理性、缩短产品开发周期。

技术研发人员：李沙,梁忠冠,黄杨,许良
受保护的技术使用者：湖南博云新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15