1、概述
分析隔热箱外侧与环境温度接触状况下，经过480min热传导作用，隔热箱内壁的温度情况。
2、产品说明
隔热箱采用夹层结构形式，其结构如下图1所示，外表面采用SiC材料，中间采用石砖材料，内部区域为酚醛泡沫材料。
图1隔热箱结构示意图
3、材料属性
隔热箱所使用SiC、硅酸铝和酚醛泡沫材料属性见表1。
表1 隔热箱材料参数
材料 |
导热系数 （W/m*k） |
密度 (t/) |
比热容 (J/kg*k) |
SiC |
83.6 |
3.2E-9 |
1266 |
硅酸铝 |
0.039 |
1.41E-10 |
900 |
酚醛泡沫 |
0.023 |
7E-11 |
1460 |
4、载荷及边界条件
起始时，隔热箱温度均匀分布，与环境温度一致保持20℃，在外侧施加温度载荷。
图2 温度载荷曲线
5、仿真分析结果
隔热箱厚度方向取一部分单元进行热仿真分析，将石砖材料更换成硅酸铝材料，其厚度方向有限元模型如图所示。
图3有限元计算模型
根据计算得出，隔热箱材料内部的温度场分布云图，如图所示。
图4温度场分布云图
图5隔热箱内外侧时间温度数据曲线
由图可知，480min后情况下隔热箱的外侧温度为934.3℃，内壁温度为150.8℃。隔热箱内部最高温度大于80℃，设计不满足要求。
图6酚醛泡沫材料层的温度分布
图7酚醛泡沫两侧时间温度数据曲线
由图可知，480min后的酚醛泡沫两侧温度分别为286.6℃与150.8℃，不满足酚醛泡沫最高温度不大于150℃的耐热要求。
6、优化方案
6.1、方案1
将隔热箱的材料尺寸改为5mm SiC、160mm硅酸铝和70mm酚醛泡沫材料。隔热箱厚度方向取一部分单元进行热仿真分析。根据计算得出，隔热箱材料内部的温度场分布云图，如图所示。
图8温度场分布云图
图9隔热箱内外侧时间温度数据曲线
由图可知，480min后情况下隔热箱的外侧温度为933.2℃，内壁温度为71.44℃。满足隔热箱最高温度小于80℃的设计要求。
图10酚醛泡沫材料层的温度分布
图 11 酚醛泡沫两侧时间温度数据曲线
由图可知，480min后的泡沫两侧温度分别为138.5℃与71.44℃，满足酚醛泡沫最高温度不大于150℃的耐热要求。
6.2、方案2
将隔热箱的材料尺寸改为5mmSiC和230mm硅酸铝材料。根据计算得出，隔热箱材料内部的温度场分布云图，如下图所示。
图12温度场分布云图
图 13隔热箱内外侧时间温度数据曲线
由图可知，480min后情况下隔热箱的外侧温度为933℃，内壁温度为74.86℃。满足隔热箱最高温度小于80℃的设计要求。
7.结论
