石墨烯电加热除冰系统研究

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1、中图分类号：V244.15论文编号：102870118-S227学科分类号：082504硕士学位论文石墨烯电加热除冰系统研究研究生姓名钱梦霜学科、专业人机与环境工程研究方向飞机防除冰技术指导教师朱春玲教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonElectro-thermalDeicingSystemBasedonGrapheneHeatingFilmAThesisinMan-M

2、achine&EnvironmentEngineeringbyQianMengshuangAdvisedbyProf.ZhuChunlingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论

3、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要电加热除冰系统是目前使用最为广泛的飞机结冰防护系统，但传统电加热系统的电热元件为金属材料弯曲度有限，因此存在加热不均和易断裂等缺陷。本文主要的研究内容为基于石墨烯加热薄膜的电加热除冰系统，旨在探究石墨烯应用在飞机防除冰系统中时的性能，期望改进电加热除冰系统的性能。本文主要从数值模拟和实验手段两个方面研究石墨烯电加热除冰系统的工作特性，主要内容分为以下几个部分：（1）根据石墨烯资料分析得出适合在实验室制备石墨

4、烯微片的方法，对制备得到的样品进行表征，利用石墨烯微片制备石墨烯电加热膜并在常温下对其进行性能测试，根据除冰实验所需条件改进电加热膜性能并制备相应尺寸的石墨烯电加热膜。（2）研究石墨烯电加热除冰系统的除冰特性，为此建立了石墨烯电加热系统的模型，采用固液相变理论和有限容积法系统地分析了飞机的电热除冰过程，着重于为后期结冰风洞实验提供加热功率设置的基准数据。（3）将石墨烯电加热除冰系统与传统电加热除冰系统同时置于结冰风洞中进行除冰实验，分别观测二者在相同结冰条件下的除冰工作情况，通过在结冰风洞中的实验对石墨烯电加热系统的可行性进行验证。（4）针对数值模拟和实验的结果对电加热除冰系统进行优化

5、，主要包括功率分布优化、加热模式优化及周期性加热冷却时间的优化。关键词：石墨烯，电加热除冰，热分析，数值计算，结冰风洞实验I石墨烯电加热除冰系统研究ABSTRACTElectro-thermaldeicingsystemiscurrentlythemostwidelyusedaircrafticeprotectionsystem,butthetraditionalelectro-thermalsystemusedmetalheatingfilmsisflawedsuchasunevenheatingandpoorflexibility.Themaincontentofthispaper

6、iselectro-thermaldeicingsystembasedongrapheneheatingfilm,withtheaimtoexploretheperformanceofgraphenewhenisusedinthefieldofdeicingsystem.Sothattheperformanceofelectro-thermaldeicingsystemscanbeimproved.Inthispaper,theworkingcharacteristicsofelectro-thermaldeicingsystemarestudiedfromtwoaspectsofnu

7、mericalsimulationandexperimentalmethods,themaincontentisdividedintothefollowingsections:(1)Accordingtothereviewsofgraphene,asuitablemethodforpreparinggrapheneinlaboratoryisobtained,andthenthepreparedsamplesarecharacterized.G