随着时代的快速发展和社会的飞速进步,碳纤维的应用日益广泛。高温碳化炉是生产碳纤维的主要设备,用于对碳纤维进行高温碳化处理,根据碳纤维的性能要求,最高可以工作在2000℃。同时,目前高温碳化炉隔热层中所用的高端的耐高温石墨硬毡均为国外企业生产,采购受到诸多限制且价格昂贵。因此,出于减少高温碳化炉内石墨硬毡的使用量,降低碳化炉的制造成本的目的,对高温碳化炉隔热结构进行研究,对石墨硬毡的厚度进行优化很有必要。基于国内外关于高温多层隔热结构的研究现状,在综合分析的基础上,本文开展了高温碳化炉隔热结构的研究工作。为降低隔热结构的热量损失,利用石墨硬毡耐高温和隔热涂料低热导率的特性,将二者结合起来使用,这种结构组合仍属于多层平壁结构。在初步给出设计方案后,根据高温碳化炉的运行条件和材料使用性能给出初步方案的设计参数和边界条件,利用最优化设计方法和MATLAB软件计算出满足使用要求的石墨硬毡厚度,依据计算结果,使用Solid Works软件设计出隔热结构的三维模型。采用有限元方法和理论,建立隔热结构的传热学分析模型,设置了3处温度特征节点和2处位移特征节点,用于验证模拟分析结果能否满足设计要求。利用ANSYS有限元分析软件对高温碳化炉升温阶段和保温阶段进行了热-力耦合模拟分析,得到了不同阶段隔热结构的温度和位移分布云图以及沿厚度方向上的温度曲线,可以看出隔热涂料在整个温度降中起了主要的作用,通过温度特征节点温度随时间变化的曲线可见该3处节点的温度均符合所设置的温度边界条件;通过位移特征点随时间变化的曲线可以判断该2处节点位移均符合位移边界条件,验证了隔热结构优化结果的正确性以及结构的稳定性。