振荡辐射下PMMA热解与着火过程研究

摘要

热辐射在室内火灾热传递中占据主导，对于火灾的蔓延和发展起到了主要作用，是现实火灾引燃和传播的主要传热形式。在实际火灾中，辐射不可能是一成不变的，因此相比于对常热流，研究变化的热流引燃可燃物更贴近真实情况，更有现实意义。研究变热流对固体可燃物的引燃时间，热解和着火机理，便于我们更好的预测火灾的发生，同时减少损失。
　　本文选用热厚PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）作为实验研究的对象，设计并搭建了振荡着火实验平台，通过改变振荡周期，开展了一系列的着火实验研究，同时，建立相应的物理模型，通过数值模拟的方法对实验结果进行验证和补充，结合传热学相关知识对实验现象进行了深入的理论分析，建立振荡着火时间的预测模型。
　　表面温度和深度温度随着周期性的辐射而发生振荡。这些振荡在靠近表面处最明显，但是在样本的底部难以看出来。温度衰减随深度呈负相关，与材料的热扩散系数呈正相关。在着火时刻，不同周期最终达到的温度近似相同，因此着火温度可以看作是一个材料特有的属性。在外部热通量与表面温度之间存在时间延迟，深度温度与表面温度之间也存在时间延滞。延滞除了与周期、深度和材料热扩散率等有关。
　　质量损失在最初的100s内几乎为零，在约100s后开始陡然增大，并且随着热流的振荡而振荡，最终着火时的临界质量通量在1-1.4g/m2s范围内。
　　理论点火时间与实验数据吻合较好。与恒热流相比，周期性加热延迟了点火，但随着周期的增加，延迟时间会减小，即着火时间随着周期的增大而减小，原因是平均能量密度随着周期增大而增大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状分析

1．2．1 常热流着火研究

1．2．2 变热流着火研究

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 本文章节安排

第二章 振荡辐射实验系统

2．1 引言

2．2 实验平台介绍

2．2．1 燃烧腔室

2．2．2 振荡辐射热源

2．2．3 点火装置

2．2．4 着火时间

2．2．5 样品介绍

2．3．1 图像采集

2．3．2 温度测量

2．3．3 辐射测量

2．4 实验过程

2．5 本章小结

第三章 振荡辐射数值模拟分析

3．1 引言

3．2 方波的傅里叶展开

3．3 热厚材料判定

3．4．1 热解模型的建立及基本假设

3．4．2 热解模型的控制方程

3．5 数值模拟的输入参数

3．6 参数灵敏度分析

3．7 本章小结

第四章 PMMA着火的基本理论

4．1 引言

4．2 PMMA的化学组成和物理性质

4．3 常热流着火理论

4．3．1 混合时间和气相化学诱导时间

4．3．2 热解时间

4．3 振荡热流着火理论

4．4 本章小结

第五章 振荡辐射实验与模拟结果分析

5．1 引言

5．2 着火现象分析

5．2．1 PMMA的软化

5．2．2 PMMA的着火

5．3 温度的振荡特性分析

5．3．1 振幅的衰减

5．3．2 热流与温度之间的延滞

5．3．3 表面温度与深度温度之间的延滞

5．4 质量损失分析

5．5 着火时间

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 本文创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果