基于显微组织图片的涂层热导率有限元计算研究

综合数字图像处理技术与有限元网格模型生成原理,提出了基于涂层显微组织图片的有限元网格模型生成方法。利用有限元程序,通过热障涂层特定区域的热导率计算,研究分析了涂层的隔热性能。以等离子喷涂ZrO2涂层为例,先将得到的ZrO2涂层物理图像由图形格式转换成数字格式;然后,通过阈值分割处理和有限元网格生成方法,生成包含涂层材料组元属性的有限元网格模型;在生成的有限元网格模型基础上,再进行ZrO2涂层热作用下的温度场模拟;最后,利用傅立叶热传导方程,计算了ZrO2涂层显微组织图片所代表区域的有效热导率。进一步分析了横向热导率和纵向热导率之间的差异。分析表明:等离子喷涂ZrO2涂层的横向热导率比纵向热导率要高,涂层有效热导率受孔隙率和孔隙形状共同影响。