本文關鍵詞：細水霧與二維對沖擴散火焰作用規(guī)律研究

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【摘要】：航天飛行器的防火安全是其安全設計過程中的重要方面,而清潔、高效的滅火技術是航天飛行器防火安全的重要組成部分。在現有的備選滅火劑中,細水霧具有高效、環(huán)保、水漬損失小的特點,是航天飛行器優(yōu)先選用的滅火劑之一。航天飛行器中電氣線路復雜,為了提高細水霧滅火效率,可在細水霧中加入添加劑以降低細水霧對于電氣設備的水漬損失。而細水霧滅火機理及其與火焰作用的規(guī)律受重力和添加劑的影響,因此有必要從這兩個方面進行研究。二維對沖擴散火焰(指燃燒腔對稱平面上火焰的準二維性)是對沖火焰的一種形式,其結構簡單、易于表征且與強制對流下的導線或電纜火等燃燒現象涉及的火焰構型較為相似。本文首先基于二維對沖擴散火焰構型,設計了細水霧與二維對沖擴散火焰作用平臺。在設計過程中,采用了k-￡湍流模型模擬了收縮段對于空氣的整流效應,驗證了收縮段出口風速的均一性。該實驗平臺主要包括氧化劑定量供給和輸運系統(tǒng),可燃氣體定量供給和輸運系統(tǒng),表征系統(tǒng),數據采集和計算機遠程控制系統(tǒng)四部分。利用該實驗裝置可以對細水霧粒徑、濃度、添加劑種類和火焰應變率進行控制,同時能夠測量火焰的溫度、細水霧的粒徑分布和速度場信息。其次,采用數值模擬的方法研究常重與微重條件下不同粒徑的均一超細水霧與甲烷二維對沖擴散火焰作用的基本規(guī)律,重點考慮超細水霧對于滯止點處火焰的影響。模擬結果表明,在不同重力下浮力是影響火焰溫度和位置的主要因素。對于包裹火焰,滯止點附近的火焰是火焰由包裹火轉變?yōu)槲擦骰鸬年P鍵。施加超細水霧后,滯止點附近火焰面溫度大幅降低,但是大部分水滴隨載氣偏離滯止線,水霧滅火效能降低。隨著粒徑的增大,重力和浮力對于粒子運動的影響增大,常重與微重下水滴存留時間以及滯止線上最高溫度的差別逐漸增大。但是這種差別對于20微米以下的液滴可以控制在10%以內。為了保證常重力下實驗平臺的實驗結果對于微重下的適用性,可以在低風速下使用較高濃度的小粒徑水霧進行實驗。最后,本文選取了9種環(huán)境友好、低毒且經濟可行的化學物質作為細水霧添加劑,以火焰臨界應變率作為評判標準,對9種添加劑的滅火效率進行了評定。同時,通過采集火焰溫度、含添加劑細水霧與火焰作用后殘余顆粒的形貌信息,定性分析了影響含添加劑細水霧滅火效率的因素。實驗結果表明,對于含鉀細水霧,滅火效率C2O4K2C2H3O2KClKHCO3K3PO4。對于含磷細水霧,在較低的濃度下滅火效率為K3PO4NH4H2PO4H3PO4,而在較高濃度下H3P04的滅火效率超過了NH4H2PO4。對于含鐵添加劑,FeCl2可以抑制火焰而FeSO4可以促進火焰�；瘜W添加劑對于抑制高應變率擴散火焰的效率依賴于如下幾個因素：1)添加劑本身的化學屬性；2)由流動條件控制的停留時間；3)顆粒物的形成。本文提供了細水霧與二維對沖擴散火焰作用平臺的設計方案,并為航天飛行器內細水霧的應用和常重力下高效添加劑的篩選及機理研究奠定基礎。
【關鍵詞】：細水霧 對沖擴散火焰 添加劑 微重力 數值模擬
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V445.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內外的研究現狀12-15
• 1.3 研究內容及技術路線15-16
• 1.4 本文章節(jié)安排16-17
• 第2章 細水霧與二維對沖擴散火焰作用實驗裝置17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 實驗裝置的組成18-26
• 2.2.1 小型風洞的設計19-22
• 2.2.2 燃燒器、燃燒腔及溫度測控系統(tǒng)22-24
• 2.2.3 液滴引入及表征24-25
• 2.2.4 實驗方法25-26
• 2.3 本章小結26-27
• 第3章 不同重力下二維對沖擴散火焰與水霧作用規(guī)律27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 計算模型27-33
• 3.2.1 甲烷簡化模型的選定及Chemkin計算傳播速度28-30
• 3.2.2 燃燒模型及顆粒相模型的選擇30-32
• 3.2.3 物理模型的建立及網格劃分32-33
• 3.2.4 計算方法33
• 3.3 二維對沖擴散火焰結構及其與水霧作用規(guī)律33-40
• 3.3.1 數值模型的驗證34-35
• 3.3.2 二維對沖擴散火焰結構與重力、水霧濃度及風速關系35-38
• 3.3.3 不同重力下液滴對風速的動力學響應及其對火焰的影響38-40
• 3.4 本章小結40-41
• 第4章 含添加劑細水霧滅火效能及其滅火機理41-55
• 4.1 引言41-42
• 4.2 二維對沖擴散火焰應變率及無量綱量的推導42-44
• 4.3 殘余顆粒收集及表征44-45
• 4.4 實驗試劑的選擇45-46
• 4.5 含添加劑細水霧與火焰作用46-52
• 4.5.1 水霧與火焰作用圖像46-47
• 4.5.2 不同添加劑的滅火效率的比較47-49
• 4.5.3 不同添加劑滅火機理初探49-52
• 4.6 本章小結52-55
• 第5章 結論與展望55-59
• 5.1 結論55-56
• 5.2 本文的創(chuàng)新點56
• 5.3 下一步工作展望56-59
• 參考文獻59-63
• 附錄1 裝置設計圖63-75
• 致謝75-77
• 在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果77

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