本文關(guān)鍵詞：細(xì)水霧與二維對沖擴(kuò)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(shè)計(jì)過程中的重要方面,而清潔、高效的滅火技術(shù)是航天飛行器防火安全的重要組成部分。在現(xiàn)有的備選滅火劑中,細(xì)水霧具有高效、環(huán)保、水漬損失小的特點(diǎn),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(fù)雜,為了提高細(xì)水霧滅火效率,可在細(xì)水霧中加入添加劑以降低細(xì)水霧對于電氣設(shè)備的水漬損失。而細(xì)水霧滅火機(jī)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(jìn)行研究。二維對沖擴(kuò)散火焰(指燃燒腔對稱平面上火焰的準(zhǔn)二維性)是對沖火焰的一種形式,其結(jié)構(gòu)簡單、易于表征且與強(qiáng)制對流下的導(dǎo)線或電纜火等燃燒現(xiàn)象涉及的火焰構(gòu)型較為相似。本文首先基于二維對沖擴(kuò)散火焰構(gòu)型,設(shè)計(jì)了細(xì)水霧與二維對沖擴(kuò)散火焰作用平臺。在設(shè)計(jì)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(yīng),驗(yàn)證了收縮段出口風(fēng)速的均一性。該實(shí)驗(yàn)平臺主要包括氧化劑定量供給和輸運(yùn)系統(tǒng),可燃?xì)怏w定量供給和輸運(yùn)系統(tǒng),表征系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)四部分。利用該實(shí)驗(yàn)裝置可以對細(xì)水霧粒徑、濃度、添加劑種類和火焰應(yīng)變率進(jìn)行控制,同時(shí)能夠測量火焰的溫度、細(xì)水霧的粒徑分布和速度場信息。其次,采用數(shù)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(xì)水霧與甲烷二維對沖擴(kuò)散火焰作用的基本規(guī)律,重點(diǎn)考慮超細(xì)水霧對于滯止點(diǎn)處火焰的影響。模擬結(jié)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(diǎn)附近的火焰是火焰由包裹火轉(zhuǎn)變?yōu)槲擦骰鸬年P(guān)鍵。施加超細(xì)水霧后,滯止點(diǎn)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(yùn)動的影響增大,常重與微重下水滴存留時(shí)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(nèi)。為了保證常重力下實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對于微重下的適用性,可以在低風(fēng)速下使用較高濃度的小粒徑水霧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最后,本文選取了9種環(huán)境友好、低毒且經(jīng)濟(jì)可行的化學(xué)物質(zhì)作為細(xì)水霧添加劑,以火焰臨界應(yīng)變率作為評判標(biāo)準(zhǔn),對9種添加劑的滅火效率進(jìn)行了評定。同時(shí),通過采集火焰溫度、含添加劑細(xì)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(xì)水霧滅火效率的因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對于含鉀細(xì)水霧,滅火效率C2O4K2C2H3O2KClKHCO3K3PO4。對于含磷細(xì)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(jìn)火焰。化學(xué)添加劑對于抑制高應(yīng)變率擴(kuò)散火焰的效率依賴于如下幾個因素：1)添加劑本身的化學(xué)屬性；2)由流動條件控制的停留時(shí)間；3)顆粒物的形成。本文提供了細(xì)水霧與二維對沖擴(kuò)散火焰作用平臺的設(shè)計(jì)方案,并為航天飛行器內(nèi)細(xì)水霧的應(yīng)用和常重力下高效添加劑的篩選及機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：細(xì)水霧 對沖擴(kuò)散火焰 添加劑 微重力 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線15-16
• 1.4 本文章節(jié)安排16-17
• 第2章 細(xì)水霧與二維對沖擴(kuò)散火焰作用實(shí)驗(yàn)裝置17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置的組成18-26
• 2.2.1 小型風(fēng)洞的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)方法25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 不同重力下二維對沖擴(kuò)散火焰與水霧作用規(guī)律27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 計(jì)算模型27-33
• 3.2.1 甲烷簡化模型的選定及Chemkin計(jì)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(wǎng)格劃分32-33
• 3.2.4 計(jì)算方法33
• 3.3 二維對沖擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)及其與水霧作用規(guī)律33-40
• 3.3.1 數(shù)值模型的驗(yàn)證34-35
• 3.3.2 二維對沖擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)與重力、水霧濃度及風(fēng)速關(guān)系35-38
• 3.3.3 不同重力下液滴對風(fēng)速的動力學(xué)響應(yīng)及其對火焰的影響38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 含添加劑細(xì)水霧滅火效能及其滅火機(jī)理41-55
• 4.1 引言41-42
• 4.2 二維對沖擴(kuò)散火焰應(yīng)變率及無量綱量的推導(dǎo)42-44
• 4.3 殘余顆粒收集及表征44-45
• 4.4 實(shí)驗(yàn)試劑的選擇45-46
• 4.5 含添加劑細(xì)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(jī)理初探49-52
• 4.6 本章小結(jié)52-55
• 第5章 結(jié)論與展望55-59
• 5.1 結(jié)論55-56
• 5.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)56
• 5.3 下一步工作展望56-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 附錄1 裝置設(shè)計(jì)圖63-75
• 致謝75-77
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果77

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