纤维多孔介质中气泡运动性的建模与分析

摘要整理

在复合材料制造中，热固性树脂被注入纤维预制体以填充纤维间的空隙。在树脂固化前提取因空气或挥发物被困而形成的气孔或气泡至关重要，因为固化复合材料中的气孔会降低力学性能。本研究建立了树脂和气泡通过纤维多孔介质流动的模型，并进行了分析研究，旨在深化对流动过程的物理认识，以改进工艺设计和制件质量。气泡去除需要与真空相连的畅通通道。首先，建立了系统级工艺模型，描述部分树脂浸润预浸料的纤维压实和饱和过程。该模型通过外部压辊或真空压力的应用，计算树脂饱和度，估算系统内干纤维区域的比例，这与后续气泡去除的可用畅通通道相关。其次，建立了预浸料流道的计算模型，描述树脂和气泡的流动。流道边界由直线型多孔介质几何结构组成。定义气泡运动性为平均气泡速度与平均树脂速度的比值。该模型探索用滑移速度边界条件替代多孔介质区域以简化计算。研究了渗透率和流道几何结构对多孔壁面效应影响下两相流的影响。结果表明可通过参数优化来提高气泡运动性，进而改善气泡去除效果。最后，进行了模型实验，采用两块透明平行板组成的流动池，注入模拟树脂和空气气泡。流动池设计用于模拟预浸料流道。流动可视化装置记录通过流动池和纤维多孔介质的两相流。基于实验装置建立了计算模型，描述两相流动过程。通过参数缩放分析，定量研究了气泡尺寸和毛细数等参数对气泡运动性的影响规律。

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