[发明专利]模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法

权利要求书

1.一种模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：通过燃气对陶瓷基复合材料试件进行烧蚀实验，给定燃气燃烧燃气比例，确定火焰温度大小，燃气流速和气体组分含量；

步骤二：在实验过程中持续对试件表面温度进行采样，获得试件表面温度分布；

步骤三：给定时间步长，基于步骤一中给定的气体组分含量以及步骤二中测得的试件表面温度分布，计算给定时间步长下试件表面氧化膜SiO₂增长速率和SiC退移速率，得到该时间步长下的试件的初始形貌并获得试件表面氧化膜SiO₂厚度，

步骤四：基于步骤一给定的燃气流速，得到试件表面气动力分布，得到气体与液态试件表面氧化膜SiO₂交界面的剪切力，将气体与液态试件表面氧化膜SiO₂交界面的剪切力与试件表面氧化膜SiO₂不同厚度处的粘附力进行气液两相流耦合求解，得到被吹走的液态试件表面氧化膜SiO₂厚度和依然粘附在试件表面上的液态试件表面氧化膜SiO₂厚度；得到该时间步长下的试件的最终形貌；

步骤五：基于步骤四得到的试件的最终形貌，基于步骤二中测得的试件表面温度分布，求解氧化膜SiO₂的热传导方程，获得试件固液交界面处的温度分布；

步骤六、根据步骤一中给定的气体组分中的氧浓度，以及氧在氧化膜SiO₂的扩散定律，求解氧在氧化膜SiO₂中的扩散方程，得到氧在固液交界面处的浓度分布；

步骤七、在该时间步长下的试件的最终形貌的基础上，给定下一时间步长，重复步骤三至步骤六；

步骤八、重复若干次步骤七，直至所有时间步长之和达到规定烧蚀时间，最后一次时间步长获得的试件的最终形貌即为最终SiC_f/SiC复合材料烧蚀形貌。

2.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法，其特征是：步骤一中，采用氧乙炔焰进行烧蚀实验，实验过程按照GJB 323A-1996开展。

3.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法，其特征是：步骤二中，采用红外测温仪对试件非接触式温度测量，红外测温仪能够实时测量并记录试件表面温度分布。

4.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料在高温燃气环境下烧蚀形貌的方法，其特征是：步骤三中，计算第一给定时间步长下试件表面氧化膜SiO₂增长速率和SiC退移速率的公式为：

式中：为试件表面氧化膜SiO₂单位时间步长厚度变化，dx_SiC为试件SiC单位时间步长厚度变化，为单位时间氧气通量，t为时间步长，为氧化膜SiO₂摩尔质量，M_SiC为试件SiC摩尔质量，为氧化膜SiO₂密度，ρ_SiC为试件SiC密度，dn单位时间流过单位截面内物质的量的改变量，dC单位时间浓度变化。