CN116403669B - 一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多孔材料微观尺度的计算材料学领域，提出了一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法，包括：S1、建立根据多孔微结构的结构特征参数控制的多孔微结构几何生成算法，生成纤维骨架表面几何模型，并分析结构特征参数对多孔微结构的物性参数的影响规律；S2、建立基于真实碳纤维增强防热多孔微结构的微观形貌信息的高保真度几何生成算法，得到高保真度几何模型。本发明所建立的高保真度几何模型可精确捕捉真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构特征，并易于与微观模拟方法结合进行数值模拟，可达到通过改变结构特征参数获得相应微观结构以研究其对多孔微结构内部流动输运及烧蚀过程影响的目的，提高了建模的有效性和准确性。
Description
技术领域
本发明属于多孔材料微观尺度的计算材料学领域，尤其涉及一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法。
背景技术
未来高超声速飞行器面临着高热载荷、高温和复杂物理化学反应环境等极端飞行条件，高可靠性的热防护设计是制约高超声速飞行器发展的关键技术。烧蚀防热作为如今高超声速飞行器最为重要的热防护手段，利用碳纤维增强防热材料发生氧化或氮化、热解、熔化、升华或蒸发等化学物理现象（热化学烧蚀）与机械剥蚀等力学现象，通过损失部分碳纤维增强防热材料质量进而吸收大部分气动加热，从而减小进入飞行器结构材料内部的热量。而碳纤维增强烧蚀碳纤维增强防热材料是高超声速飞行器热防护系统的理想选择之一。以这类材料的典型代表碳酚醛烧蚀体为例，碳酚醛烧蚀体由酚醛树脂浸渍刚性碳纤维预制体制成，受到加热时材料内部的酚醛树脂发生热解并形成多孔炭化层（包括碳预制体和热解后的酚醛），炭化层表面附近的碳纤维发生热化学烧蚀，热解气体流经多孔炭化层与烧蚀气体产物共同注入边界层形成热阻塞效应。该类材料已经成功应用于“星尘号”样本返回舱（Stardustsample return capsule）和火星科学实验室探测器（MarsScienceLaboratory, MSL）大底的热防护系统。
对于广泛使用的碳纤维增强防热复合材料，其烧蚀过程将涉及微尺度结构的传热和传质现象。碳纤维增强烧蚀碳纤维增强防热材料的碳纤维直径和孔隙尺度均为微米量级，酚醛热解后留下的多孔炭化层具有微米尺度的高孔隙率特征。酚醛树脂热解和碳纤维热化学烧蚀产生的气体流经炭化层多孔微结构，对上述复杂多孔微结构内流动输运过程的准确建模，能够提高烧蚀材料防热性能的预测精度。
建立碳纤维增强防热材料复合材料的高保真度微结构几何模型是准确描述多孔微结构内气体输运和氧化烧蚀过程的重要前提。因此，获取高保真度的多孔微结构几何信息，对上述复杂的多孔微结构内的输运现象的准确建模至关重要。目前对碳纤维复合材料烧蚀热防护系统的模拟大多采用宏观尺度上的建模方法，尚未引入微观结构对流动模型的影响，仍然缺乏针对来源于真实碳纤维增强防热材料多孔微结构特征信息的高保真度几何建模方法。因此，亟需建立防热多孔微结构的高保真度几何生成和重构建模方法。
具体而言，现有方法的不足主要表现在：
1．碳纤维增强防热材料多孔微结构内部几何特征十分复杂，基于其原始几何难以进行参数化分析，也不适合直接用来进行数值模拟；而现有的多孔微结构参数化建模方法由于采用了简化模型而不能准确描述真实的微结构特征及其形貌的动态演化。
2．目前的碳纤维增强防热材料多孔微结构的高保真度几何建模方法主要通过从micro-CT图像直接获得几何模型的方法，此种方法仅适用于单一材料样品，而不具有普适性。且该方法得到的几何表面网格数量巨大并且难以重构应用于烧蚀动态过程模拟，不适用于参数化分析。
3．为保证精确捕捉真实碳纤维增强防热材料多孔微结构特征，并易于与微观模拟方法结合实现多孔微结构内部的流动及动态烧蚀过程模拟，能够达到通过改变结构参数获得相应的微结构以研究其对多孔微结构内气体输运及氧化烧蚀过程影响的目的，亟需建立基于真实碳纤维增强防热材料多孔微结构几何特征信息的高保真度几何建模方法，构建碳纤维多孔微结构的高保真度几何模型。
发明内容
要解决的技术问题：
由于碳纤维增强防热材料由基体材料浸渍微米尺度的碳纤维骨架制成，基体材料热解后留下的多孔炭化层具有高孔隙率特征，其微观几何结构十分复杂且具有高度无序性，基于其原始几何难以进行参数化分析，也不适合直接用来进行数值模拟，进行高精确的建模难度高，而炭化层多孔微结构几何特征对内部气体流动的输运性质以及氧化烧蚀过程有重要影响，需要精确捕捉真实碳纤维增强防热材料多孔微结构特征，为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种应用于碳纤维增强防热材料多孔微结构的几何建模方法，能够提供一种对碳纤维的多孔微结构的高保真度建模方法，提高建模的有效性和准确性。
采用的技术方案如下：
本发明涉及一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法。基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构微观几何信息，建立基于简单几何形状和可控结构特征参数的多孔纤维结构高保真度几何生成算法，保证所建立的几何模型可精确捕捉真实多孔微结构特征，并易于与微观模拟方法结合进行数值模拟，可达到通过改变结构特征参数获得相应微观结构以研究其对多孔微结构内部流动输运及烧蚀过程影响的目的。
1.一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、建立根据所述多孔微结构的结构特征参数控制的多孔微结构几何生成算法，以生成碳纤维增强防热材料的纤维骨架表面几何模型，并分析所述结构特征参数对所述多孔微结构的物性参数的影响规律：
S1-1、所述多孔微结构几何生成算法以随机生成的长直圆柱体阵列代表所述多孔微结构，以包括多孔微结构的介质孔隙率、纤维长度、纤维长度偏差量、纤维直径、纤维直径偏差量和纤维空间取向的所述结构特征参数作为控制参数，并基于行进立方体算法生成以三角形非结构表面网格描述的所述纤维骨架表面几何模型，其中，所述纤维骨架表面几何模型的表面由设定灰度值的三角形面片组成，通过改变所述灰度值实现所述多孔微结构表面形貌的微观动态演化；
S1-2、采用正交表方法，并基于方差分析法进行所述结构特征参数的灵敏度分析：通过设计包括纤维半径、纤维半径偏差量、纤维长度以及纤维长度偏差量的部分结构特征参数的正交表，计算由所述正交表内每一组结构特征参数生成的所述多孔微结构的物性参数，采用所述方差分析法对所述多孔微结构的所述结构特征参数进行灵敏度分析，然后，采用F检验法得到所述结构特征参数对于所述物性参数的影响规律，其中，所述物性参数包括比表面积、热导率与迂曲率；
S2、建立基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌的高保真度几何生成算法，得到真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型：
S2-1、获得所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌信息：采用X射线显微断层摄影技术，获取微米尺度分辨率的所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构几何特征信息，将所述真实碳纤维增强防热材料几何离散为体素化的3D图像，每个体素拥有一个与所述真实碳纤维增强防热材料密度相对应的灰度阈值，通过灰度阈值分割技术确定所述灰度阈值，并结合行进立方体算法提取三角形灰度等值面元，得到所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌的原始几何模型，所述原始几何模型的具体表现形式为非结构三角形表面网格；
通过表征体元分析法评估所述原始几何模型中不同微观样本内的结构特征参数的均匀性，合理确定所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数，并按照95%置信水平计算所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数置信区间；
S2-2、生成真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型：基于所述S1中建立的所述多孔微结构几何生成算法，以所述S2-1中合理确定的所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数作为控制参数，生成高保真度几何模型，并计算基于所述高保真度几何模型的物性参数，所述高保真度几何模型适用于与DSMC方法结合进行微观流动计算。
进一步，经过所述S1-2得到所述结构特征参数对所述物性参数的影响规律为：随着纤维长度的增加，多孔微结构的比表面积和迂曲率基本不变，而热导率增加；随着纤维半径的增加，多孔微结构的比表面积和迂曲率减小，而热导率基本不变。
进一步，所述步骤S2还包括：
S2-3、通过将所述S2-2计算的所述高保真度几何模型的物性参数和所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数进行对比，根据所述S1-2得到所述结构特征参数对所述物性参数的影响规律，调整所述高保真度几何模型的结构特征参数使所述高保真度几何模型的物性参数落在所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数置信区间内。
进一步，所述S2-3中调整所述高保真度几何模型的结构特征参数的方式为：若比表面积过大则增加纤维半径，若比表面积过小则减小纤维半径；若热导率过大则减小纤维长度，若热导率过小则增加纤维长度；若迂曲率过大则增加纤维半径，若迂曲率过小则减小纤维半径。
本发明基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构微观形貌特征信息，建立适用于防热多孔微结构的高保真度几何建模方法，可保证真实微观结构形貌信息的精确捕捉，保证原始真实模型与高保真度模型在结构特征控制参数、结构热导率和流动特性参数（渗透率）三个方面的等效性，为防热多孔微结构内部流动的精细化模拟奠定坚实的基础。
1.本发明基于行进立方体算法生成多孔微结构的高保真度几何模型，模型的表面由特定灰度值的三角形面片构成，易于通过改变灰度值实现多孔微结构表面形貌的动态演化，进而为多孔微结构氧化烧蚀和后退模拟创造条件。
2.本发明基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构所建立的高保真度几何建模方法，相较于通过碳纤维增强防热材料的micro-CT图像直接获得几何模型的方法更具有普适性，且建立的模型较为简单，更适用于对多孔微结构进行参数化分析以及后续的流动多尺度模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法流程图；
图2为本发明多孔微结构高保真度几何生成算法流程图；
图3为本发明多孔微结构高保真度几何结构建模结果与多孔微结构的真实结构的对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法的总体技术方案，最终获得真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型，如图1所示，该技术方案主要包括三个步骤：
第一步：基于行进立方体算法，建立根据结构特征参数控制的多孔微结构几何生成算法，以生成纤维骨架表面几何模型，对结构特征参数进行灵敏度分析，验证结构特征参数对物性参数影响的显著程度，并分析结构特征参数对物性参数的影响规律；
第二步：基于真实碳纤维增强防热材料的多孔纤维结构的微观形貌信息，利用行进立方体算法和灰度阈值分割技术计算真实碳纤维增强防热材料的物性参数及其对应的置信区间，基于几何生成算法对结构特征参数进行调整生成高保真度的几何模型；
第三步：基于高保真度的几何模型对应的物性参数与真实碳纤维增强防热材料的物性参数的对比及多孔微结构的渗透率经验公式，验证高保真度几何生成算法的有效性和正确性。
为了更清楚本发明的碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法，下面用一个具体的实施例进行详细描述，本发明的上述三个步骤具体包括：
第一步：基于行进立方体算法，建立根据结构特征参数控制的多孔微结构几何生成算法以生成纤维骨架表面几何模型，分析结构特征参数对物性参数的影响规律：几何生成算法以随机生成的长直圆柱体阵列代表多孔纤维结构，以多孔介质孔隙率、纤维长度、纤维长度偏差量、纤维直径、纤维直径偏差量和纤维空间取向等结构特征参数作为控制参数，基于行进立方体算法生成以三角形非结构表面网格描述的纤维骨架表面几何模型。
纤维骨架几何模型的表面由特定灰度值的三角形面片组成，易于通过改变灰度值实现多孔微结构表面形貌的微观演化。
对于计算多孔微结构的物性参数：多孔微结构的比表面积S为多孔微结构的总表面积与其体积V的比值：
（1）
如上式（1）所示，其中和/>为三角形面片i的向量，/>为体素长度。多孔微结构的总表面积则基于等值面近似通过行进立方体算法确定。多孔微结构的有效热导率由孔隙内气体介质的热导率和材料的热导率共同决定，通过求解稳态导热方程得到多孔微结构的热导率，
（2）
如上式（2）所示，其中k为局部导热系数，T为局部温度，为梯度算符。对于稳态导热方程的求解则基于显式跳跃的有限差分法，通过对计算域两侧施加温度梯度并使用双共轭梯度法求解稳态温度场，进而求解多孔微结构的热导率。
求解多孔微结构的热导率的过程中在模拟方向采用周期性边界条件，假设材料与孔隙内气体介质均为各向同性，并忽略过程中的辐射换热。多孔微结构的迂曲率作为材料的几何性质对多孔介质的气体扩散阻力进行量化，
（3）
如上式（3）所示，其中η为迂曲率系数，ε为孔隙率，为气体有效扩散系数，为气体参考扩散系数。气体参考扩散系数/>为通过直径为/>的纤维介质的扩散系数，可通过布辛涅斯克近似得到，
（4）
如上式（4）所示，和/>为平均热运动速度和平均自由程。
而气体有效扩散系数则基于有限差分法通过对下面式（5）所示的稳态扩散方程进行求解，进而求得材料的迂曲率系数η，其中D为气体扩散系数，/>为气体浓度，/>为梯度算符。
（5）
对结构特征参数进行灵敏度分析，采用正交表方法进行试验设计，正交表表示为，n为实验次数，/>表示该正交表包含r个因子，因子水平为p。采用方差分析法进行灵敏度分析，以验证结构特征参数对物性参数的影响程度。方差分析法是把观测值总变异的偏差平方和及其自由度分解为相应与不同变异来源的偏差平方和及其自由度，进而获得不同变异来源总体方差估计值；通过计算这些总体方差的估计值的适当比值，采用F检验法，检验各样本所属总体均数是否相等而做出显著性判断，进而判断该结构特征参数的影响程度。
在此过程中，平方和、自由度、F检验法计算方程如下：
（1）平方和
（6）
上式（6）中，r为因子的数目，为第j个总体样本的第k个值，/>为总体样本的平均值，n为总体样本的样本个数，/>为第j个总体样本的样本个数，/>为总偏差平方和。
总偏差平方和可分解为
（7）
上式（7）中，为第j个总体样本的平均值，/>为组内平方和，表示随机误差的影响，/>为因素A的组内平方和，表示在j水平下的样本均值与平均值均值之间的差异之和，用于反应r个总体均值之间的差异。
（2）自由度
正交表试验设计中的试验数目即总体样本个数为n，总自由度为：
因素A的自由度为
误差自由度
（3）F检验法
当时，那么/>，且/>与/>相互独立，其中σ为总体方差，/>为卡方，此时有：
为了提高检验的精度，当时，说明经F检验不显著，可将此因素的平方和与自由度合并到一起，作为合并误差，计算出合并误差均方，再进行F检验。在F检验中选择/>作为F检验的显著性阈值。
（4）显著性P
显著性P用来衡量与原始假设相悖的证据。概率越低，就越有充分的证据来否定最初的假设。一般来说，当显著性P小于0.05时，相关性达到95%以上，可以认为该变量对于目标结果有较强相关性，反之则无显著影响。
通过设计包括纤维半径、纤维半径偏差量、纤维长度以及纤维长度偏差量在内的部分结构特征参数的正交表，计算由所述正交表内每一组结构特征参数生成的所述多孔微结构的所述物性参数，对多孔微结构的结构特征参数进行灵敏度分析，得到结构特征参数对于物性参数的影响程度：纤维半径对多孔微结构的比表面和迂曲率影响显著，纤维长度对多孔微结构的热导率影响显著，另外两个结构特征参数对物性参数影响较小。根据灵敏度分析结果，可以为后续生成高保真度几何模型过程中需要调整的结构特征参数提供依据。
分别改变纤维半径和纤维长度生成对应的多孔微结构，计算多孔微结构的物性参数，所述物性参数包括比表面积、热导率与迂曲率，分析改变纤维半径和纤维长度对于多孔纤维结构的物性参数影响规律。经过计算后得到结构特征参数对物性参数的影响规律：随着纤维长度的增加，多孔微结构的比表面积和迂曲率基本不变，热导率增加；随着纤维半径的增加，多孔微结构的比表面积和迂曲率减小，热导率基本不变。根据物性参数影响规律，可以为后续生成高保真度几何模型过程中对于结构特征参数的调整起指导作用。
第二步：建立如图2所示的基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌信息的高保真度几何生成算法：采用X射线显微断层摄影技术，获取微米尺度分辨率的纤维多孔微结构几何特征信息，得到真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的原始几何模型。具体将真实碳纤维增强防热材料结构几何离散为体素化的3D图像，每个体素拥有一个与真实碳纤维增强防热材料密度相对应的灰度阈值，通过灰度阈值分割技术确定灰度阈值，结合行进立方体算法提取三角形灰度等值面元，得到真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌的原始几何模型，该原始几何模型的具体表现形式为非结构三角形表面网格。通过表征体元分析法评估原始几何模型中不同微观样本内结构特征参数的均匀性，合理确定真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数，并按照95%置信水平计算真实碳纤维增强防热材料物性参数的置信区间（比表面积、热导率与迂曲率），具体如下面的表1所示。
表1
基于第一步中已建立的多孔微结构几何生成算法，以真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数作为控制参数，生成真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型，并计算该高保真度几何模型的物性参数。通过和真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数的对比，根据上一步骤得到的结构特征参数对物性参数的影响规律，调整真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数使高保真度几何模型的物性参数落在真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数的置信区间内。具体为，依次判断比表面积、热导率、迂曲率是否落在其置信区间内，若比表面积过大则增加纤维半径，若过小则反之；若热导率过大则减小纤维长度，若过小则反之；若迂曲率过大则增加纤维半径，若过小则反之。在保证所有上述物性参数符合要求的情况下将高保真度几何模型输出用于与DSMC方法结合进行微观流动计算。
第三步、验证高保真度几何生成算法的有效性和正确性：第二步中结构特征参数经调整后生成的真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型，其物性参数落在真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构对应物性参数的置信区间内，因此可以认为高保真度几何模型与原始几何模型具有一致的结构特征参数。因此在保证结构特征参数一致性的基础上，进一步检验两种模型在流动特性上的等效性，在原理上是可行的。目前已有很多理论研究表明，渗透率K可表示为多孔微结构的结构特征参数的函数。如根据现有研究结果，渗透率可以表示为多孔微结构在连续流域中的标准渗透率以及努森数Kn的函数：
式中，为多孔微结构在连续流域中的标准渗透率，主要由多孔微结构的结构特征参数决定，c为比例常数。由于两种模型在结构特征参数上具有一致性，因此，两种模型具有相同的在连续流域中的标准渗透率，进而，对于相同的努森数条件，两种模型的渗透率具有一致性，即，原始几何模型与高保真度几何模型流动特性具有一致性。
综上所述，本发明采用逐步深入、逐层验证的方式，依次在“原始几何模型与高保真度几何模型结构特征参数一致性、原始模型与高保真度模型流动特性结果一致性”两个层面上检验高保真度几何生成算法的有效性和准确性。基于上述对比的差异性分析，通过调整结构特征参数或其他算法细节，优化和改进算法，以保证精确捕捉真实微观结构的形貌特征信息。
基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构，本发明提出的几何建模方法生成的高保真度几何模型如图3左侧图所示，其结构特征参数、物性参数和真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数的对比如表1所示。结果表明利用本发明提供的几何建模方法，能够很好的实现通过对真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数的有效设置和调整生成与多孔微结构的真实结构（如图3右侧图所示）对应的高保真度几何模型（如图3左侧图所示），有效解决了碳纤维增强防热材料的多孔微结构的准确建模问题，具有较强的工程应用价值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、建立根据所述多孔微结构的结构特征参数控制的多孔微结构几何生成算法，以生成碳纤维增强防热材料的纤维骨架表面几何模型，并分析所述结构特征参数对所述多孔微结构的物性参数的影响规律：
S1-1、所述多孔微结构几何生成算法以随机生成的长直圆柱体阵列代表所述多孔微结构，以包括多孔微结构的介质孔隙率、纤维长度、纤维长度偏差量、纤维直径、纤维直径偏差量和纤维空间取向的所述结构特征参数作为控制参数，并基于行进立方体算法生成以三角形非结构表面网格描述的所述纤维骨架表面几何模型，其中，所述纤维骨架表面几何模型的表面由设定灰度值的三角形面片组成，通过改变所述灰度值实现所述多孔微结构表面形貌的微观动态演化；
S1-2、采用正交表方法，并基于方差分析法进行所述结构特征参数的灵敏度分析：通过设计包括纤维半径、纤维半径偏差量、纤维长度以及纤维长度偏差量的部分结构特征参数的正交表，计算由所述正交表内每一组结构特征参数生成的所述多孔微结构的物性参数，采用所述方差分析法对所述多孔微结构的所述结构特征参数进行灵敏度分析，然后，采用F检验法得到所述结构特征参数对于所述物性参数的影响规律，其中，所述物性参数包括比表面积、热导率与迂曲率；
S2、建立基于真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌的高保真度几何生成算法，得到真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型：
S2-1、获得所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌信息：采用X射线显微断层摄影技术，获取微米尺度分辨率的所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构几何特征信息，将所述真实碳纤维增强防热材料几何离散为体素化的3D图像，每个体素拥有一个与所述真实碳纤维增强防热材料密度相对应的灰度阈值，通过灰度阈值分割技术确定所述灰度阈值，并结合行进立方体算法提取三角形灰度等值面元，得到所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的微观形貌的原始几何模型，所述原始几何模型的具体表现形式为非结构三角形表面网格；
通过表征体元分析法评估所述原始几何模型中不同微观样本内的结构特征参数的均匀性，确定所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数，并按照95%置信水平计算所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数置信区间；
S2-2、生成真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的高保真度几何模型：基于所述S1中建立的所述多孔微结构几何生成算法，以所述S2-1中确定的所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的结构特征参数作为控制参数，生成高保真度几何模型，并计算基于所述高保真度几何模型的物性参数，所述高保真度几何模型适用于与DSMC方法结合进行微观流动计算；
所述S2还包括：
S2-3、通过将所述S2-2计算的所述高保真度几何模型的物性参数和所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数进行对比，根据所述S1-2得到所述结构特征参数对所述物性参数的影响规律，调整所述高保真度几何模型的结构特征参数使所述高保真度几何模型的物性参数落在所述真实碳纤维增强防热材料的多孔微结构的物性参数置信区间内。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强防热多孔微结构几何建模方法，其特征在于，经过所述S1-2得到所述结构特征参数对所述物性参数的影响规律为：随着纤维长度的增加，多孔微结构的比表面积和迂曲率不变，而热导率增加；随着纤维半径的增加，多孔微结构的比表面积和迂曲率减小，而热导率不变。
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