低压热薄材料火蔓延近熄灭极限区/幂指数区转捩机理研究

摘要

高原和航天飞行器等低压环境中的火灾安全受到越来越多学者的关注，低压固体火蔓延是火灾安全中的重要基础课题，火蔓延决定了火灾初始速率和火灾规模，研究低压环境下固体火蔓延特性，对于低压环境的火灾防控有重要的指导意义。通过对研究现状进行总结，发现低压下近熄灭极限区的火蔓延研究较为缺乏，低压下火蔓延近熄灭极限区向幂指数区转捩机理更亟待进一步研究。
　　本文选用热薄纸张作为研究对象，自主设计并搭建了低压实验舱和火蔓延实验系统，通过有规律的改变环境压力和氧气浓度，开展了一系列的低压水平火蔓延实验研究。通过火蔓延特征参数（火蔓延速度、火焰图像、火焰辐射和火焰温度）的实验测量，结合燃烧学和传热学对实验现象进行了深入的理论分析。
　　首先实验研究了压力和氧气浓度耦合的火蔓延熄灭极限，发现极限氧气浓度下的火蔓延速度，火焰宽度和火焰厚度变化规律一致，均随着压力的升高而逐渐降低，但在30 kPa时均出现了突然增大的现象。
　　其次研究了压力和氧气浓度单一变量下的火蔓延规律，发现压力25 kPa时，火蔓延速度开始线性增长，火焰图像的内部蓝色火焰逐渐变黄，火焰亮度增大，形状也由椭圆形逐渐变成三角形，火焰辐射也突然增大。
　　最后结合实验结果与文献数据，研究了低压火蔓延近熄灭极限区转捩幂指数区机理，通过深入分析热边界层厚度和热反馈能量，提出25 kPa为火蔓延近熄灭极限区与幂指数区分界压力，揭示了火蔓延分区转捩机理，并建立了纸火蔓延在压力和氧气浓度耦合作用下的全局模型。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状分析

1．2．1 固体表面火蔓延研究现状

1．2．2 目前研究不足

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 文章结构安排

第2章 实验系统设计与数据处理方法

2．1 引言

2．2 低压实验舱设计

2．2．1 低压舱主要性能

2．2．2 低压舱舱体结构系统

2．2．3 低压舱控制系统与操作系统

2．3 火蔓延实验系统

2．3．1 火蔓延实验台

2．3．2 实验材料及实验前准备

2．3．3 测量与控制装置

2．4 数据处理方法

2．4．1 火蔓延速度

2．4．2 火焰图像

2．4．3 火焰温度

2．4．4 火焰辐射

2．5 实验工况设计方法

2．6 本章小结

第3章 压力和氧气浓度耦合的火蔓延熄灭极限

3．1 引言

3．2 实验工况

3．3 实验结果分析

3．3．1 熄灭极限

3．3．2 火焰图像

3．3．3 火焰辐射

3．3．4 火蔓延速度

3．4 本章小结

第4章 火蔓延近熄灭极限区向幂指数区转捩机理

4．1 引言

4．2 实验工况

4．3 压力对火蔓延规律的影响

4．3．1 火蔓延速度

4．3．2 火焰图像

4．3．3 火焰辐射

4．3．4 火焰温度

4．4 氧气浓度对火蔓延规律的影响

4．3．1 火蔓延速度

4．3．2 火焰图像

4．3．3 火焰辐射

4．5 近熄灭极限区与幂指数区特性与转捩分析

4．5．1 近熄灭极限区与幂指数区分区方法

4．5．2 理论分析

4．5．3 火蔓延分区转捩机理分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 本文创新点

5．3 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其他研究成果