本文關(guān)鍵詞：微重強(qiáng)迫對(duì)流環(huán)境下高溫導(dǎo)線燃燒特性及煙顆粒特征

  更多相關(guān)文章： 微重力環(huán)境 強(qiáng)迫對(duì)流 感煙探測(cè) 煙顆粒 分形維數(shù) 光散射Mueller矩陣

【摘要】：太空艙中導(dǎo)線密布,有的直接暴露在艙室中,有的隱藏在各種儀器內(nèi)部。這些導(dǎo)線一旦出現(xiàn)短路情況,導(dǎo)線絕緣皮就可能著火。在過(guò)去,太空艙中已經(jīng)發(fā)生過(guò)多起由導(dǎo)線著火引發(fā)的火災(zāi)。不同于地面火災(zāi),在太空中發(fā)生的導(dǎo)線火災(zāi)有其自身的特點(diǎn)。首先,與地面上常用的PVC、PE等材料不同,太空中的導(dǎo)線絕緣皮主要使用含氟聚合物,例如特氟龍等,這些材料在200℃以下基本不能燃燒；其次,由于太空中沒(méi)有重力,太空中的火災(zāi)沒(méi)有浮力羽流。再次,太空艙中存在強(qiáng)迫通風(fēng),其流速大約為0.2-0.3m/s,暴露在艙室中的導(dǎo)線燃燒時(shí)會(huì)受到影響。環(huán)境的不同使得太空艙中的燃燒行為與產(chǎn)煙特征都與地面有所不同,而現(xiàn)在太空飛船上主要安裝的感煙火災(zāi)探測(cè)器大都是基于地面環(huán)境研制的,在以往的使用過(guò)程中誤報(bào)、漏報(bào)問(wèn)題較為突出。為了保證航天員及太空飛船的安全,使其免于火災(zāi),有必要對(duì)太空艙環(huán)境產(chǎn)生的煙顆粒進(jìn)行研究,從而為改進(jìn)太空艙感煙探測(cè)器,進(jìn)而保證航天器的安全,提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。在此背景下,本文采用實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法,實(shí)驗(yàn)采集典型太空艙環(huán)境下產(chǎn)生的煙顆粒,然后對(duì)其進(jìn)行光散射模擬分析。首先自行研制強(qiáng)迫對(duì)流環(huán)境下高溫導(dǎo)線燃燒與產(chǎn)、采煙實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并借助北京微重力實(shí)驗(yàn)室的落塔提供微重力環(huán)境,從而模擬典型的太空艙環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此過(guò)程中,本文特別關(guān)注重力水平與環(huán)境氣體流速對(duì)導(dǎo)線燃燒過(guò)程造成的影響,因?yàn)槿紵^(guò)程的變化會(huì)直接影響產(chǎn)生的煙顆粒的形譜特征。對(duì)高溫導(dǎo)線的破裂時(shí)間、著火時(shí)間、燃燒時(shí)間、火焰高度、火焰溫度與亮度、碳黑體積分?jǐn)?shù)等特征量隨重力與空氣流速的變化規(guī)律進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明除導(dǎo)線破裂時(shí)間和燃燒時(shí)間主要與內(nèi)部導(dǎo)體溫度和絕緣皮材料性質(zhì)相關(guān),受重力與空氣流速的影響較小外,其它參量均不同程度的受到重力與空氣流速的影響。然后,對(duì)采集到的煙顆粒樣本進(jìn)行電鏡與能譜分析,從主粒子粒徑、凝團(tuán)回轉(zhuǎn)半徑、分形特征、化學(xué)成分等多個(gè)角度研究環(huán)境對(duì)煙顆粒造成的影響,并借助燃燒學(xué)與氣溶膠動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論對(duì)煙顆粒形譜隨環(huán)境的變化規(guī)律給以合理的解釋。結(jié)果表明,無(wú)強(qiáng)迫對(duì)流時(shí),微重下的煙顆粒相較常重環(huán)境主粒子粒徑與回轉(zhuǎn)半徑都有明顯的增大;重力水平對(duì)大部分煙顆粒的分形維數(shù)沒(méi)有影響,在微重條件下,煙顆粒的分形維數(shù)保持1.79不變,但前置因子明顯降低。值得注意的是,在微重靜止環(huán)境中導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生另一種分形維數(shù)達(dá)到2.6的較大顆粒。另外,煙顆粒的主粒子粒徑與回轉(zhuǎn)半徑隨空氣流速的升高而減小,當(dāng)空氣流速達(dá)到0.3m/s時(shí),回轉(zhuǎn)半徑與常重?zé)o風(fēng)情況下的幾乎相等,而主粒子粒徑甚至?xí)∮诔Ｖ責(zé)o風(fēng)情況下的主粒子粒徑;分形維數(shù)受空氣流速的影響會(huì)比靜止時(shí)小,同時(shí)前置因子會(huì)升高并大于常重靜止環(huán)境下的對(duì)應(yīng)量。最后,基于獲得的具有代表性的煙顆粒樣本,利用光散射模型對(duì)典型太空艙環(huán)境下產(chǎn)生的煙顆粒的光散射特征進(jìn)行模擬,分析典型太空艙環(huán)境下產(chǎn)生的煙顆粒的光散射特性與地面普通環(huán)境產(chǎn)生的煙顆粒的區(qū)別。結(jié)果顯示在前向散射區(qū)某些位置,微重靜止環(huán)境下的煙顆粒散射光強(qiáng)度可較常重環(huán)境增長(zhǎng)300%以上,但隨著空氣流速的增加,散射光強(qiáng)逐漸減弱。另外F33/F11與F34/F11在不同散射角度區(qū)間內(nèi)也有明顯變化。
【關(guān)鍵詞】：微重力環(huán)境 強(qiáng)迫對(duì)流 感煙探測(cè) 煙顆粒 分形維數(shù) 光散射Mueller矩陣
【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】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V442
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第1章 緒論17-37
• 1.1 研究背景17-21
• 1.1.1 導(dǎo)線著火對(duì)載人航天器的危害17-19
• 1.1.2 航天器火災(zāi)探測(cè)技術(shù)19-21
• 1.2 研究現(xiàn)狀21-33
• 1.2.1 微重環(huán)境導(dǎo)線著火及火蔓延研究22-25
• 1.2.2 微重力環(huán)境導(dǎo)線煙顆粒研究25-30
• 1.2.3 其他相關(guān)研究30-33
• 1.3 研究目標(biāo)與內(nèi)容33-34
• 1.4 技術(shù)路線34
• 1.5 本文章節(jié)安排34-37
• 第2章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)37-53
• 引言37
• 2.1 落塔實(shí)驗(yàn)平臺(tái)37-40
• 2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)40-46
• 2.2.1 設(shè)計(jì)思路40-41
• 2.2.2 導(dǎo)線絕緣皮的選取41-42
• 2.2.3 導(dǎo)線產(chǎn)、采煙模塊42-43
• 2.2.4 強(qiáng)迫對(duì)流模塊43-44
• 2.2.5 測(cè)量模塊44-45
• 2.2.6 時(shí)序控制器模塊45-46
• 2.3 測(cè)量方法46-53
• 2.3.1 火焰形貌46-47
• 2.3.2 火焰溫度47-49
• 2.3.3 碳黑體積分?jǐn)?shù)49-50
• 2.3.4 煙顆粒采樣分析50-53
• 第3章 導(dǎo)線燃燒過(guò)程及火焰參數(shù)特征53-79
• 引言53
• 3.1 微重環(huán)境氣體射流火理論53-57
• 3.1.1 火焰高度53-55
• 3.1.2 重力對(duì)射流擴(kuò)散火焰碳黑的影響55-57
• 3.1.3 空氣伴流速度對(duì)射流擴(kuò)散火焰碳黑的影響57
• 3.2 微重與空氣伴流對(duì)導(dǎo)線燃燒的影響57-77
• 3.2.1 高溫導(dǎo)線燃燒過(guò)程57-67
• 3.2.2 火焰高度67-71
• 3.2.3 碳黑停留時(shí)間71-72
• 3.2.4 火焰溫度及亮度分析72-77
• 3.3 本章小結(jié)77-79
• 第4章 碳黑體積分?jǐn)?shù)及煙顆粒形譜特征79-105
• 引言79
• 4.1 煙顆粒演化過(guò)程相關(guān)理論79-83
• 4.1.1 碳黑生成理論81-82
• 4.1.2 煙顆粒生長(zhǎng)82-83
• 4.1.3 煙顆粒凝并理論83
• 4.2 碳黑體積分?jǐn)?shù)83-86
• 4.3 煙顆粒形貌與粒徑分布86-102
• 4.3.1 煙顆粒SEM圖像86-88
• 4.3.2 主粒子粒徑88-92
• 4.3.3 煙顆粒凝團(tuán)92-100
• 4.3.4 煙顆粒分形形貌模擬100-101
• 4.3.5 超聚體及其分形維數(shù)分析101-102
• 4.4 本章小結(jié)102-105
• 第5章 導(dǎo)線煙顆粒的光散射分析105-115
• 引言105
• 5.1 煙顆粒變化對(duì)感煙探測(cè)的影響105-106
• 5.2 煙顆粒光散射相關(guān)理論106-111
• 5.2.1 光散射特征矩陣106-108
• 5.2.2 Mie散射理論108-110
• 5.2.3 顆粒光散射計(jì)算條件110-111
• 5.3 煙顆粒光散射模擬分析111-114
• 5.3.1 基于Mie散射的煙顆粒光散射模擬111-113
• 5.3.2 煙顆粒光散射模擬結(jié)果分析113-114
• 5.4 本章小結(jié)114-115
• 第6章 導(dǎo)線填充物類煙顆粒115-123
• 引言115
• 6.1 類煙顆粒成分分析115-116
• 6.2 類煙顆粒形貌分析116-117
• 6.3 類煙顆粒對(duì)煙顆粒光散射的影響117-121
• 6.4 本章小結(jié)121-123
• 第7章 結(jié)論與展望123-127
• 7.1 全文總結(jié)123-125
• 7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)125-126
• 7.3 未來(lái)工作展望126-127
• 參考文獻(xiàn)127-135
• 致謝135-137
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果137

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：756377