【摘要】：發(fā)展載人航天技術(shù),進(jìn)一步開發(fā)和利用空間資源,是我國(guó)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)之一。近年來,我國(guó)航空航天事業(yè)取得了突破性進(jìn)展,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。航空導(dǎo)線在航空航天器內(nèi)電子設(shè)備之間被廣泛大量使用,預(yù)防導(dǎo)線因短路、過載等故障引發(fā)的電氣火災(zāi)任重道遠(yuǎn)。因此,對(duì)航空導(dǎo)線的可燃性安全測(cè)試和火焰蔓延行為的研究近年來受到廣泛關(guān)注。導(dǎo)線火蔓延有別于一般意義上的可燃固體表面火蔓延,主要體現(xiàn)在金屬內(nèi)芯的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于一般的普通可燃固體材料,因此通過金屬內(nèi)芯熱傳導(dǎo)輸送到絕緣層預(yù)熱區(qū)的熱量作為一種額外的傳熱途徑會(huì)極大地影響導(dǎo)線火焰蔓延特性,所以本文選用了不同熱導(dǎo)率內(nèi)芯的導(dǎo)線,重點(diǎn)關(guān)注高熱導(dǎo)率銅芯導(dǎo)線的火蔓延特性。同時(shí),調(diào)研前人研究還發(fā)現(xiàn),導(dǎo)線放置的傾角在可燃性測(cè)試中非常重要,而航空導(dǎo)線實(shí)際場(chǎng)景中長(zhǎng)期應(yīng)用于低壓環(huán)境下,較低的壓強(qiáng)對(duì)火焰形態(tài)也有明顯的影響,因此有必要開展低壓條件下不同熱導(dǎo)率內(nèi)芯導(dǎo)線的水平及傾斜火蔓延研究。本文選用內(nèi)芯直徑分別為0.3 mm、0.5 mm、0.8 mm,絕緣層厚度分別為0.15 mm、0.2mm的四種聚乙烯絕緣銅芯導(dǎo)線(Cu-PE)和內(nèi)芯直徑分別為0.3 mm、0.5 mm,絕緣層厚度為0.15 mm的兩種聚乙烯絕緣鎳鉻芯導(dǎo)線(NiCr-PE),利用自主設(shè)計(jì)的可改變傾角的導(dǎo)線點(diǎn)燃與火蔓延實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在密閉低壓艙內(nèi)改變導(dǎo)線放置傾角(-75°~+75°),設(shè)置向上蔓延、向下蔓延、水平蔓延三種不同的蔓延方式,壓強(qiáng)的范圍是40 kPa-100 kPa。用攝像機(jī)拍攝,采用視頻拆幀、MATLAB編程逐幀讀取的方式獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究了水平放置的高熱導(dǎo)率銅芯導(dǎo)線在低壓下的火焰?zhèn)鞑バ袨?并與相對(duì)低熱導(dǎo)率的鎳鉻芯導(dǎo)線進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)隨著壓力的減小,兩種導(dǎo)線的藍(lán)色火焰高度(Flame standoff distance)以及火焰基部寬度均增大,但火焰蔓延速率卻呈現(xiàn)出截然不同的規(guī)律。鎳鉻芯導(dǎo)線的火焰蔓延速率(FSR)呈上升趨勢(shì);而銅芯導(dǎo)線則先下降后上升,出現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。隨著銅芯導(dǎo)線內(nèi)芯直徑的減小,或者絕緣厚度的增大,前后兩種趨勢(shì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的臨界壓力也會(huì)增大。本文建立了基于特征長(zhǎng)度的簡(jiǎn)化傳熱理論分析模型,較好地驗(yàn)證了“內(nèi)芯驅(qū)動(dòng)”和“火焰驅(qū)動(dòng)”傳熱機(jī)理在控制導(dǎo)線火焰蔓延過程中的作用。隨著環(huán)境壓力的降低,“內(nèi)芯驅(qū)動(dòng)”傳熱機(jī)制產(chǎn)生的影響減小,而“火焰驅(qū)動(dòng)”傳熱機(jī)制的重要性增加。鎳鉻芯導(dǎo)線是“火焰驅(qū)動(dòng)”傳熱機(jī)制來主控的,所以其FSR隨著壓力的降低始終呈增加趨勢(shì);然而對(duì)于銅芯導(dǎo)線來說,FSR是“內(nèi)芯驅(qū)動(dòng)”和“火焰驅(qū)動(dòng)”傳熱機(jī)制耦合控制的結(jié)果。并且通過與前人低熱導(dǎo)率的鐵芯和鎳鉻芯導(dǎo)線數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步揭示和量化了“內(nèi)芯驅(qū)動(dòng)”和“火焰驅(qū)動(dòng)”傳熱主控機(jī)制的演化過程。對(duì)低壓條件下傾斜放置的銅芯導(dǎo)線的火蔓延行為進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),水平放置時(shí)火焰蔓延速率最小,在向上蔓延和向下蔓延時(shí),導(dǎo)線傾斜程度越大,火焰蔓延速率也隨之增大,變化規(guī)律大致呈字母“U”型;低角度傾斜蔓延的導(dǎo)線火焰形態(tài)和瞬時(shí)火焰基部寬度受熔融物分布的影響成周期性循環(huán)波動(dòng)的狀態(tài),對(duì)火焰蔓延前鋒與火焰尾端瞬態(tài)位移特征進(jìn)行了量化,發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)越大,火焰前鋒(向下蔓延時(shí))或者火焰尾端(向上蔓延時(shí))時(shí)程曲線的波動(dòng)幅度越小,火焰形態(tài)趨于穩(wěn)定,而瞬時(shí)火焰基部寬度曲線周期性波動(dòng)的振幅和頻率也隨之而減小。
【圖文】：

２００７邐２００８邐２００９邐２０１０邐２０１１邐２０１２邐２０１３邐２０１４邐２０１５逡逑年份逡逑圖１．１全國(guó)火災(zāi)情況以及電氣火災(zāi)發(fā)生比例逡逑起火原因起數(shù)比例、起火原因損失比例（２０１５年）如圖１．２和圖１．３所示，逡逑以２０１５年為例，我國(guó)共發(fā)生火災(zāi)３３．８９萬起，其中發(fā)生電氣火災(zāi)１０．２萬起，所逡逑占比例為３０．１％；全年因火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)４８．８７億元，其中電氣火逡逑災(zāi)占比４０％，損失高達(dá)１９．３７億元。２０１６年電氣原因引發(fā)火災(zāi)的比例同樣高達(dá)逡逑３０．４％。電氣火災(zāi)仍然是影響我國(guó)消防安全的首要因素，，必須對(duì)其加以遏制。逡逑其他邋３０．７％逡逑｜｜｜＾逡逑不０ｓｒ因生產(chǎn)作業(yè)逡逑圖１．２邋２０１５年全國(guó)各類火災(zāi)起數(shù)比例逡逑２逡逑

年份逡逑圖１．１全國(guó)火災(zāi)情況以及電氣火災(zāi)發(fā)生比例逡逑起火原因起數(shù)比例、起火原因損失比例（２０１５年）如圖１．２和圖１．３所示，逡逑以２０１５年為例，我國(guó)共發(fā)生火災(zāi)３３．８９萬起，其中發(fā)生電氣火災(zāi)１０．２萬起，所逡逑占比例為３０．１％；全年因火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)４８．８７億元，其中電氣火逡逑災(zāi)占比４０％，損失高達(dá)１９．３７億元。２０１６年電氣原因引發(fā)火災(zāi)的比例同樣高達(dá)逡逑３０．４％。電氣火災(zāi)仍然是影響我國(guó)消防安全的首要因素，必須對(duì)其加以遏制。逡逑其他邋３０．７％逡逑｜｜｜＾逡逑不０ｓｒ因生產(chǎn)作業(yè)逡逑圖１．２邋２０１５年全國(guó)各類火災(zāi)起數(shù)比例逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V443

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本文編號(hào)：2700461