(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210677536.1 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号哈尔滨理工大 学 (72)发明人 殷金英　宝伟芳　 (74)专利代理 机构 哈尔滨三目知识产权代理事 务所(普通 合伙) 23214 专利代理师 刘冰 (51)Int.Cl. G01N 25/18(2006.01) G01N 25/20(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于LBM的编织陶瓷纤维复合材料的传 热特性测试方法 (57)摘要 一种基于LBM的编织陶瓷纤维复合材料的传 热特性测试方法， 属于材料性能测试领域。 目前 对于陶瓷纤维材料的导热性能的研究不足， 在实 验方面， 也缺乏理论计算依据。 本发明基于晶格 Boltzmann方法针对陶瓷纤维不同编织结构 进行 物理建模， 拟合得到比热容和声子平均自由程参 数； 选定计算时所用的网格划分方法、 格子模型 和边界条件， 并确定声子热输运格子Boltzmann 方程； 通过仿真软件针对不同的编制结构的类型 计算不同温度、 不同编织角、 不同纤维半径下材 料的热导率， 求出相对偏差； 并分析该因素对材 料各向异性导热性能的影响以及不同编织结构 对材料的各向异性导热性能影 响。 本发明方法以 晶格玻尔兹曼方程 为依据， 仿真模拟效果优秀。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115047025 A 2022.09.13 CN 115047025 A 1.一种基于LBM的编织陶瓷纤维复合材料的传热特性测试方法， 其特征在于： 所述方法 包括： 基于晶格Boltzmann方法针对陶瓷纤维不同编织结构进行物理建模， 拟合得到对应结 构的比热容和声子平均自由程参数； 选定计算时所用的网格划分方法、 格子模型和 边界条 件， 并确定声子热输运格子Bo ltzmann方程； 之后， 通过仿真软件针对不同的编制结构的类型计算不同温度、 不同编织角、 不同纤维 半径下材料 的热导率， 求出相对偏差； 并分析该因素对材料各向异性导热性能的影响以及 不同编织结构对材料的各向异 性导热性能影响； 其中， 编制结构的类型包括二 维编织、 三 维 正交编织和三维多向编织， 三维多向编织包括 三维四向、 三维 五向、 三维六向； 之后， 对三维多向编织类型的陶瓷纤维树脂基复合材料进行建模计算， 绘制曲线图反 应材料特性并分析 结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于LBM的编织陶瓷纤维复合材料的传热特性测试方法， 其特征在于： 所述的通过仿 真软件针对不同的编制结构的类型计算不同温度、 不同编织角、 不同纤维半径下 材料的热导 率的过程 为： 首先， 建立LBGK模型； 格子Boltzmann方程表达形式描述 为： 其中， 为由于粒子运动和碰撞引起的f(r， ξ， t)的变化， r为运动方向， ξ为运动速度， a 为运动加速度， t为 运动时间， J(f f1)为碰撞项， 其形式为 一个复杂的积分项； 通过对Boltzmann方程的碰撞项J(ff1)进行简化， 引入Maxwell的平衡态分布概念， 得到 Boltzmann‑BGK方程， 其表达式为： 其中feq为粒子的Maxwell平衡态分布； τ为粒子两次碰撞之间时间的平均值， 即粒子分 布由非平衡态向平衡态趋近所需要的平均时间间隔， 亦被称作弛豫时间； 对上式进行离散 可得到用于数值计算的LBGK表达式： 其中， f(x， t)是t时刻x处的粒子分布函数； i表示粒子运动方向； c为离散后各处粒子运 动速度； δt为离散时间步长； 则LBGK中的宏观温度T和热流密度qc可以分别表示 为： 则LBM方法计算的复合芯材气固耦合有效热导 率的计算公式为： KLBM＝(Nz∫ qcdxdy)/(ΔT ∫ dxdy)#(6)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115047025 A 2其次， 采用D3Q15模型进行计算， 即假定粒子的热流沿包含中心点方向在内共15个传递 方向； D3Q15模型中的15个速度矢量如上图， 模型的各 方向速度分布及参数设置为： 其中， 表示格子声速， 可以为任意正值， δx为距离步长， 取1， δt取为时间步长； fieq 代指格点处宏观温度在各个方向上的分量； τn为弛豫时间， 取值范围仅限0.5～2； λn表示格 点处物相的热导 率， W/(m·K)； i表示热量 不同的传递方向， i ＝0～14； n表示 不同的物相。 3.根据权利要求1所述的一种基于LBM的编织陶瓷纤维复合材料的传热特性测试方法， 其特征在于： 所述的对三 维多向编织类型的陶瓷纤维树脂基复合材料进 行建模计算的过程 为： (a)设定边界条件， 即模型两侧的温度场， 之后初始化分布函数fi(x， 0)， 即给整个模型 设定一个统一的初始温度； (b)在时刻t执 行碰撞： (c)执行迁移： fi(x+ciδt， t+δt)＝fi′(x， t)#(1 1) (d)计算每个节点的宏观温度和整个计算域内的热流密度， 即用式(10)、 (11)， 若热流 密度的变化相对误差Δ小于 设定值则中止计算， 若大于等于 设定值则重复步骤(b)～(d)直 到满足条件为止 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115047025 A 3