發(fā)布時(shí)間：2018-11-10 12:46

【摘要】：21世紀(jì)初,我國航空航天技術(shù)取得了突破性進(jìn)展,為下一步發(fā)展航空航天技術(shù),設(shè)計(jì)和制造有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航天產(chǎn)品,以及開展空間探索,開發(fā)和利用空間資源進(jìn)而進(jìn)行深空探索提供了重要的理論和技術(shù)支持。為了保障航空航天器的火災(zāi)安全,不僅要借鑒國外先進(jìn)技術(shù),而且要設(shè)定本國的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此需要大量的前期理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),作為規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的支撐。航空導(dǎo)線廣泛存在于航空航天器的電路和電子器件之間,因過載,接觸不良或者短路等都有可能引發(fā)火災(zāi)。因此開展航空導(dǎo)線在航天飛行器內(nèi)可燃性安全測(cè)試以及火蔓延行為研究,具有重要的理論和實(shí)際意義。 前人已經(jīng)對(duì)航空導(dǎo)線火蔓延的開展了較為廣泛的研究,并且取得了很多重要研究進(jìn)展。其中火蔓延速率研究較為常見,對(duì)于火焰形態(tài)、火焰溫度、對(duì)流熱通量、滅火極限氧濃度和極限氧指數(shù)的研究也都有涉及。經(jīng)過仔細(xì)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)前人研究主要考慮重力環(huán)境、交流電場(chǎng)、導(dǎo)線通電過載電壓、環(huán)境氣流、外部輻射加熱以及氧氣濃度等外界因素,線芯材質(zhì)、直徑,絕緣層材質(zhì)、厚度等內(nèi)部因素對(duì)火蔓延過程的影響機(jī)理。但是對(duì)于航空導(dǎo)線火蔓延的研究還存在以下兩點(diǎn)不足：一方面是傾角對(duì)航空導(dǎo)線火蔓延特性的影響研究目前還處于空白狀態(tài),特別是考慮高熱導(dǎo)率金屬內(nèi)芯的影響,這部分還有待研究；另一方面,受傾角影響的多參數(shù)耦合情況下的航空導(dǎo)線火蔓延規(guī)律研究不足,本文中考慮環(huán)境壓力和氧氣濃度兩個(gè)因素。因此,筆者在調(diào)研的基礎(chǔ)上,確立了本文的研究內(nèi)容。 本文主要通過實(shí)驗(yàn)研究的方法來探究傾角對(duì)航空導(dǎo)線火蔓延行為及其極限氧濃度的影響,以及常重力和微重力情況下的極限氧濃度是否存在相關(guān)性以及它們之間的關(guān)聯(lián)模型。主要包括火焰形態(tài),火蔓延速率以及極限氧濃度三個(gè)方面的研究。通過視頻拍攝,圖像處理的方法獲取火焰形態(tài)和火蔓延速率,通過數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控氧濃度的變化獲取極限氧濃度。 筆者首先在拉薩和合肥兩地開展不同傾角條件下航空導(dǎo)線火蔓延行為實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中選取了銅芯聚乙烯絕緣層導(dǎo)線(Cu-PE),四種不同規(guī)格的導(dǎo)線：(0.30mm,0.15mm)、(0.50mm,0.15mm)、(0.80mm,0.15mm)、(0.80mm,0.30mm)(分別表示內(nèi)芯直徑和絕緣層厚度),導(dǎo)線傾角變化范圍是(-90°～+90°)。研究中發(fā)現(xiàn),銅芯導(dǎo)線的火蔓延速率隨導(dǎo)線傾角的變化趨勢(shì)(從-90°到75°)呈字母“U”的趨勢(shì),就是在水平情況下蔓延速率最小,在上蔓延和向下蔓延情況下,蔓延速率隨著導(dǎo)線絕對(duì)傾角的增大而增大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),火焰基部寬度Wf和熱解區(qū)長度Lp可作為表征火蔓延速率隨導(dǎo)線傾角變化規(guī)律的特征長度。提出了一個(gè)簡化的包括Wf和Lp,內(nèi)芯熱導(dǎo)率以及火焰對(duì)流傳熱的熱平衡分析模型,用于解釋火蔓延速率的變化趨勢(shì),通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),模型能夠很好地吻合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于高熱導(dǎo)率金屬內(nèi)芯導(dǎo)線,特別是在向下蔓延情況下,通過內(nèi)芯傳導(dǎo)的熱量對(duì)導(dǎo)線火蔓延速率的變化起到了主要作用。 在步入式低壓艙內(nèi)開展了不同傾角導(dǎo)線火蔓延行為實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中選取了內(nèi)芯直徑為0.80mmm,絕緣層厚度0.15mm的銅芯聚乙烯絕緣層導(dǎo)線(Cu-PE),導(dǎo)線傾角變化范圍是(-75°-+750)。研究發(fā)現(xiàn),在向下火蔓延方式下,環(huán)境壓力對(duì)火焰形態(tài)的影響較大,隨著環(huán)境壓力逐漸減小(100kPa-40kPa),火焰尺寸會(huì)相應(yīng)減小(火焰高度和火焰基部寬度),火焰輪廓更加圓滑；向上蔓延方式下,火焰基部寬度基部隨環(huán)境壓強(qiáng)增大而減小。不同傾角情況下,火蔓延速率隨環(huán)境壓力增大的趨勢(shì)是不一樣的。在向下蔓延方式下,隨環(huán)境壓強(qiáng)增大而增大；在向上蔓延方式下,角度較小時(shí)(0-45°)呈增大趨勢(shì),角度較大時(shí)(60°,75°)呈減小趨勢(shì)。再次基于特征長度Wf和Lp的傳熱分析,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值之間能夠很好的吻合,說明在低壓情況下,對(duì)于高熱導(dǎo)率內(nèi)芯導(dǎo)線,該模型仍然有其適用性。 在密閉的燃燒艙室內(nèi)開展了常重力下不同傾角航空導(dǎo)線火蔓延極限氧濃度及其與微重力條件的對(duì)比與關(guān)聯(lián)模型實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的風(fēng)速變化范圍是0-250mm/s。實(shí)驗(yàn)中選取了的鎳鉻合金聚乙烯絕緣層導(dǎo)線(NiCr-PE),導(dǎo)線內(nèi)芯直徑0.5mm,絕緣層厚度0.15mm,導(dǎo)線傾角變化范圍是(0°～+75°)。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于給定的導(dǎo)線傾角(不包括水平放置情況,0°),極限氧濃度首先隨著逆流風(fēng)速增大而增加,然后有一個(gè)下降趨勢(shì),最后又隨著風(fēng)速增大而逐漸增大。極限氧濃度變化曲線上出現(xiàn)的第一個(gè)最高轉(zhuǎn)折點(diǎn)與臨界逆流風(fēng)速相關(guān),導(dǎo)致火蔓延模式由并行流轉(zhuǎn)為相對(duì)流。臨界逆流風(fēng)速和浮力誘導(dǎo)風(fēng)速在導(dǎo)線方向上的分量有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,浮力誘導(dǎo)流速在計(jì)算過程中考慮了火焰基部寬度這個(gè)特征長度Wf常重力情況下的極限氧濃度通常比微重力情況下的相對(duì)較高,它們之間的差值隨著逆流風(fēng)速的增大而減小,在較高逆流風(fēng)速情況下(大于100mm/s)幾乎是線性遞增；極限氧濃度差值隨逆流風(fēng)速的變化率(線性擬合斜率)與重力加速度在導(dǎo)線方向上的分量(gsinθ)有很好的相關(guān)性。最終推導(dǎo)出了一個(gè)將常重力情況下的極限氧濃度計(jì)算拓展到微重力情況下的經(jīng)驗(yàn)公式(本研究中主要考慮實(shí)驗(yàn)測(cè)量范圍內(nèi)的導(dǎo)線傾角和逆流風(fēng)速)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V242.41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 孔文俊;王寶瑞;勞世奇;;低壓下導(dǎo)線絕緣層著火先期征兆研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2007年06期

2 陳麗芬;辛U，

本文編號(hào)：2322511