復合材料熱纏繞工藝蒸汽加熱過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、復合材料殼體的成型質量主要取決于制造工藝。傳統(tǒng)的復合材料殼體成型通常采用“外固化”工藝,即將纏繞后的殼體放入熱壓釜或固化爐內加熱固化,由于纏繞和固化兩個過程需要分開進行,因此這種工藝會限制成型效率。“內固化”工藝利用復合材料筒形殼體結構的有利條件,解決了這一問題。它是將復合材料在可通入蒸汽的芯模上纏繞成型,然后通入高溫蒸汽對芯模加熱,實現(xiàn)了纏繞成型后的復合材料殼體的原位固化,大大縮短了工藝時間,降低了工藝的復雜程度,提高了成型效率。

2、r>　　 雖然“內固化”工藝在工程上的成功應用為熱纏繞工藝提供了可借鑒的思路,并且熱纏繞工藝與“內固化”工藝有許多相通之處,但熱纏繞工藝仍然有許多尚待解決的問題,例如,芯模溫度不均導致殼體出現(xiàn)分層現(xiàn)象,用高溫蒸汽來實現(xiàn)較低的控制溫度完全基于經(jīng)驗等等,這就需要對熱纏繞工藝中許多基礎理論進行更加深入的研究。
　　 本文介紹了熱纏繞工藝原理,建立了復合材料熱纏繞工藝蒸汽加熱過程數(shù)學模型,包括湍流模型、兩相流模型和固流耦合模型,基于有

3、限元方法和流體分析軟件Fluent對蒸汽加熱過程的蒸汽流動和芯模傳熱過程進行數(shù)值模擬,對仿真結果進行了實驗驗證。仿真結果顯示了蒸汽流場的速度場、壓力場和溫度場的分布情況和變化歷程,根據(jù)仿真結果分析了蒸汽流場內壓力、速度、溫度等物理量與蒸汽控制參數(shù)和流道結構參數(shù)之間的關系,根據(jù)分析結論改進了芯模結構并對采用改進前和改進后的芯模生產(chǎn)的管道進行了性能對比試驗,試驗結果顯示改進后的芯模能夠在一定程度上提高復合材料管道的性能。本文的研究為復合材料