發(fā)布時間：2020-05-01 02:25

【摘要】：火災(zāi)安全是載人航天任務(wù)中最為敏感性的問題之一,意外的電弧、短路或過熱都可能點燃導(dǎo)線絕緣層而引起火災(zāi),從而對人造航天器構(gòu)成嚴(yán)重安全隱患。特別是,在一個封閉的環(huán)境,如載人飛船,沒有逃生的空間,以前的太空任務(wù)中已有數(shù)起由于導(dǎo)線短路或者導(dǎo)線局部過熱引起的事故。在國家戰(zhàn)略層面,我國目前正大力發(fā)展航空航天技術(shù),諸如“實踐”系列返回式衛(wèi)星,空間站和大型運(yùn)輸機(jī)等;從國內(nèi)國外航天航空實踐來看,也的確發(fā)生了由于電線短路導(dǎo)致的航天航空事故,1998年的瑞士航空111航班空難和美國阿波羅1號航天事故。在航空航天火災(zāi)研究方面,我國基礎(chǔ)理論、防控技術(shù)以及產(chǎn)品性能均落后,而歐美國家對我國實行技術(shù)封鎖。因此,我們要大力發(fā)展航空航天火災(zāi)研究,扭轉(zhuǎn)我國技術(shù)落后局面。導(dǎo)線一旦被點燃,若存在外部順風(fēng)氣流,可能促使火災(zāi)延導(dǎo)線迅速蔓延,產(chǎn)生更多的煙霧和毒性氣體,造成更大的破壞;現(xiàn)實生活中,導(dǎo)線的大量使用且導(dǎo)線的安裝布置也千變?nèi)f化,不同導(dǎo)線安裝方式對導(dǎo)線火災(zāi)的發(fā)生和蔓延都具有重要影響�；谕饨顼L(fēng)速和導(dǎo)線間距對導(dǎo)線火災(zāi)影響的研究目前還比較少,本文關(guān)于導(dǎo)線火災(zāi)的研究主要有四個方面:(1)環(huán)境風(fēng)作用下導(dǎo)線點燃溫度和點火延遲時間演化特征:(2)環(huán)境風(fēng)作用下水平導(dǎo)線火蔓延及吹熄行為的研究;(3)環(huán)境風(fēng)作用下傾斜導(dǎo)線火蔓延及吹熄行為的研究;(4)不同導(dǎo)線間距平行雙導(dǎo)線火蔓延的相互作用及傳熱機(jī)制的研究。具體研究內(nèi)容如下:(1)研究了不同環(huán)境風(fēng)速下導(dǎo)線點燃溫度和點火延遲時間演化特征。建立了環(huán)境風(fēng)作用下導(dǎo)線點燃實驗裝置,通過對導(dǎo)線點燃過程的特征參數(shù)(導(dǎo)線點燃溫度和導(dǎo)線點火延遲時間)進(jìn)行測量,分析了環(huán)境風(fēng)速對導(dǎo)線點燃行為的影響,結(jié)合傳熱傳質(zhì)相關(guān)知識,揭示了不同環(huán)境風(fēng)速下的導(dǎo)線點燃溫度演化規(guī)律,建立了點火延遲時間的預(yù)測模型,并分析了導(dǎo)線內(nèi)芯在環(huán)境風(fēng)中點燃過程熱量傳遞規(guī)律。(2)研究了水平環(huán)境風(fēng)條件下水平導(dǎo)線火蔓延和吹熄行為。分析了導(dǎo)線幾何結(jié)構(gòu)對不同順風(fēng)風(fēng)速中的導(dǎo)線火蔓延和吹熄行為的影響,建立了基于傳熱分析的火蔓延模型,分析了最大火蔓延速率和佛羅德數(shù)(Fr)關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn),順流風(fēng)速對導(dǎo)線火蔓延速率有明顯的促進(jìn)作用,揭示了水平順風(fēng)作用下導(dǎo)線火蔓延傳熱規(guī)律,運(yùn)用達(dá)姆科勒數(shù)(Damkohler number)和固相的熱量損失分析了火焰吹熄機(jī)制。(3)研究了不同水平風(fēng)速下傾斜導(dǎo)線火蔓延和吹熄行為�；谇叭税l(fā)現(xiàn)順流風(fēng)速對火焰的蔓延行為有顯著的影響,但不同水平風(fēng)速下傾斜導(dǎo)線火蔓延行為仍未得到很好的理解。開展了不同水平風(fēng)速作用下傾斜導(dǎo)線導(dǎo)線火蔓延和吹熄實驗。揭示了火蔓延速率和火焰幾何長度、水平風(fēng)速和導(dǎo)線傾角的關(guān)系。結(jié)果表明,隨著水平風(fēng)速的增大,各傾角下沿導(dǎo)線的火蔓延速率先增大到最大值,然后略有減小,直至吹滅。揭示了水平風(fēng)速和火焰加速臨界傾角的變化規(guī)律以及最大火蔓延速率時火焰形態(tài)。利用佛羅德數(shù)量化了燃料傾角與風(fēng)速之間的相互作用。此外,隨著燃料傾角的增大,吹熄風(fēng)速減小,并基于臨界應(yīng)變率(strain rate),揭示了傾斜導(dǎo)線上火焰吹熄的物理機(jī)制。(4)研究了水平雙導(dǎo)線上的火蔓延行為特征。開展了不同導(dǎo)線間距下火蔓延行為實驗,通過量化火焰特征長度(火焰高度、火焰基部寬度),揭示了火蔓延相互作用隨導(dǎo)線間距的演化規(guī)律,同時,比較導(dǎo)線火蔓延速率和平均質(zhì)量損失速率,基于質(zhì)量和能量角度分析導(dǎo)線的物理特性對火蔓延的影響。結(jié)合雙導(dǎo)線上火蔓延過程中的火焰特征長度,火蔓延過程中對流和輻射反饋,將雙平行導(dǎo)線火焰相互作用隨導(dǎo)線間距演化過程分為五個階段,揭示了不同間距導(dǎo)線火蔓延過程中火焰的相互作用及其熱量傳遞規(guī)律。
【圖文】：

都不同程度添加了阻燃物質(zhì)，但在導(dǎo)線內(nèi)芯熱量迅速釋放時會快速點燃絕緣層并逡逑延導(dǎo)線蔓延，其火災(zāi)危害性非常大。逡逑圖１．３邋（１）高壓電纜；（２）家用導(dǎo)線（３）信號線纜（來自百度圖片）逡逑２逡逑

Ｈｈｉｋ逡逑２００４邐２００６邐２００８邐２０１０邐２０１２邐２０１４邐２０１６逡逑年份逡逑圖１．２電氣火災(zāi)數(shù)量和占總火災(zāi)數(shù)量的比例（數(shù)據(jù)來自于消防年鑒）逡逑１．１．２邋導(dǎo)線火災(zāi)的研究意義逡逑自從人類發(fā)現(xiàn)電流的存在，導(dǎo)線就伴隨而出現(xiàn)，現(xiàn)如今社會，導(dǎo)線己經(jīng)深入逡逑到我們生活的方方面面。導(dǎo)線通常是用作傳輸能量，如電力系統(tǒng)的主干供導(dǎo)線路逡逑上的高壓電纜，市民用電導(dǎo)線以及各種信號傳遞的導(dǎo)線，，電話線、網(wǎng)線、各種數(shù)逡逑據(jù)線等。在一般的高層建筑中，導(dǎo)線用量可能會超過１００公里，導(dǎo)線的使用已經(jīng)逡逑無處不在，大到飛機(jī)、高鐵和航天飛船，小到收音機(jī)、耳機(jī)等，導(dǎo)線在給我們帶逡逑來方便和高水平的生活質(zhì)量，但同時也給我們的生產(chǎn)和生活帶來的巨大的火災(zāi)隱逡逑患。導(dǎo)線總的來說都是有金屬內(nèi)芯和絕緣層組成的。目前使用的無論是高壓電纜逡逑還是信號線，絕緣層都采用高聚物材料，常見的有聚乙烯、聚氯乙烯等，雖然，逡逑都不同程度添加了阻燃物質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V528

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本文編號：2646450