本文關(guān)鍵詞：飛機(jī)貨艙環(huán)境頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛機(jī)貨艙火災(zāi)如果得不到有效控制,可能導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生災(zāi)難性的安全事故,造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。貨艙火災(zāi)探測是預(yù)防飛機(jī)火災(zāi)事故的關(guān)鍵。目前飛機(jī)貨艙采用的煙霧探測器存在高誤報(bào)率的問題。高誤報(bào)率不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還容易帶來由應(yīng)急處置不當(dāng)引發(fā)的惡性事故。研究表明多傳感器復(fù)合火災(zāi)探測器可有效地降低誤報(bào)率,且探測器多安裝于貨艙頂棚處,因此清晰認(rèn)識飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)煙氣特征是提高火災(zāi)探測技術(shù)的關(guān)鍵。旨在為飛機(jī)貨艙復(fù)合火災(zāi)探測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制提供理論基礎(chǔ),本文針對飛機(jī)貨艙環(huán)境(火源位置和低氣壓環(huán)境)下的頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律開展了實(shí)驗(yàn)和理論研究。主要的研究工作包括：分析了火源水平位置對飛機(jī)貨艙預(yù)棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征的影響。實(shí)驗(yàn)中,將火源分別放置與貨艙中部、近壁處和墻角處。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)火源靠近壁面時(shí),質(zhì)量損失速率、腔室內(nèi)氣體平均溫升和O2消耗量均增加；表明腔室熱反饋?zhàn)饔脧?qiáng)于氧氣受限效應(yīng)。同時(shí),煙氣層界面會提高,使煙氣流動更加貼近頂棚,煙氣密度和其增加速率也隨之增大。因此,穩(wěn)定階段的CO濃度及其增長速率和頂棚最高溫升均有所提升。火源水平位置對CO2濃度和相對濕度影響較小,CO2濃度略有增加,而相對濕度略有減小。基于Heskestad火羽流模型,修改鏡像理論系數(shù),建立了不同火源水平位置下頂棚最高溫升預(yù)測模型：并修正了系數(shù),使其適用于火災(zāi)早期階段。研究發(fā)現(xiàn)頂棚溫度衰減速率受火源水平位置影響較小；基于Heskestad和Delichatsios模型,給出了頂棚溫度衰減模型,其預(yù)測結(jié)果比Alpert、 Heskestad和Delichatsios、指數(shù)模型更加接近實(shí)驗(yàn)值。同時(shí),進(jìn)一步驗(yàn)證了Alpert和修正的Heskestad和Delichatsios模型在早期階段的適用性。揭示了火源抬升高度對飛機(jī)貨艙預(yù)棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及濕度分布規(guī)律的影響效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),火源位置抬升時(shí),質(zhì)量損失速率與火源行為有關(guān)；火焰碰撞頂棚后,來自擴(kuò)展火焰的熱反饋會使質(zhì)量損失速率增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明早期階段煙氣層界面基本維持不變,但煙氣前鋒上移,說明由于空氣卷吸范圍變窄,煙氣流動會貼近頂棚。因此,頂棚溫度及其下方CO、CO2濃度增加,O2濃度減少。對于火源位置較高情況,前60 s內(nèi)相對濕度會增加,因此采用濕度傳感器的火災(zāi)探測器需考慮該變化值。研究發(fā)現(xiàn)不同火源高度的頂棚最高溫升符合McMaffrey提出的三區(qū)域分布特征；并據(jù)此建立了其頂棚最高溫升預(yù)測公式。揭示了火源抬升高度會影響頂棚溫度衰減速率,頂棚溫度衰減規(guī)律符合指數(shù)模型,并給出了具體表達(dá)式。研究了飛機(jī)貨艙氣壓環(huán)境(70 kPa-100 kPa)中頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了質(zhì)量損失速率與壓力呈指數(shù)關(guān)系m∝A·Px,指數(shù)系數(shù)在0至1范圍內(nèi)。同時(shí),腔室內(nèi)氣體平均溫升和O2消耗量隨著壓力降低而增加,表明質(zhì)量損失速率主要受氧氣受限控制。低壓環(huán)境下,煙氣流動貼近頂棚,煙氣層界面和煙氣前鋒升高。煙氣密度與壓力呈指數(shù)關(guān)系,K∞Px2,x2約為0.946,擴(kuò)展了前人研究結(jié)果的應(yīng)用范圍。此時(shí),CO濃度最大值增加,增長速率與壓力呈負(fù)指數(shù)關(guān)系；CO2增長速率和相對濕度減少量略有減少。頂棚最高溫升隨著壓力的降低而增加;引入卷吸系數(shù)比Cα,建立了適用于低壓情況下的頂棚最高溫升預(yù)測公式。低壓下頂棚溫度衰減比常壓情況更快；在Alpert、 Heskestad和Delichatsios模型基礎(chǔ)上,引入卷吸系數(shù)比Cα,修正了頂棚溫度衰減規(guī)律關(guān)系式；且發(fā)現(xiàn)了基于Heskestad和Delichatsios模型的預(yù)測公式精確度高于Alpert模型。研究了火源水平位置和低壓共同作用對頂棚射流特征參數(shù)的影響。當(dāng)火源靠近壁面時(shí),相同低壓環(huán)境中質(zhì)量損失速率增加,且其與壓力呈指數(shù)關(guān)系m∞A·Px。共同作用下腔室內(nèi)氣體平均溫度升高,熱反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng)；且低壓下中央火O2消耗量最大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明共同作用下煙氣流動更加貼近頂棚,使煙氣層界面和煙氣前鋒升高,且煙氣密度與壓力依然符合指數(shù)關(guān)系,K∝Px2,χ2仍為0.946。同時(shí)發(fā)現(xiàn),CO濃度最大值增加迅猛,且其增長速率與壓力依然呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。當(dāng)火源靠近壁面時(shí),CO2濃度最大值及其增長速率和相對濕度減少值均略有增加,而壓力降低時(shí),其變化情況反之。此外,研究結(jié)果表明,共同作用下頂棚最高溫升增加更大;同時(shí)引入卷吸系數(shù)比Cα和鏡像理論修正系數(shù)β,建立了統(tǒng)一的頂棚最高溫升預(yù)測公式；并且修正的頂棚溫度衰減關(guān)系式依然適用于低壓下不同水平位置的火源。
【關(guān)鍵詞】：頂棚射流 飛機(jī)貨艙 低氣壓環(huán)境 火源位置 密閉腔室火災(zāi)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V223.2;V328
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-18
• 第一章 緒論18-26
• 1.1 研究背景18-22
• 1.2 研究目標(biāo)22-23
• 1.3 研究方法23
• 1.4 章節(jié)安排23-26
• 第二章 文獻(xiàn)綜述26-38
• 2.1 封閉腔室火災(zāi)26-31
• 2.1.1 封閉腔室火災(zāi)簡介26-27
• 2.1.2 火羽流與頂棚射流27-31
• 2.1.3 飛機(jī)貨艙火災(zāi)31
• 2.2 火源位置對腔室火災(zāi)的影響31-33
• 2.2.1 火源水位位置影響因素31-33
• 2.2.2 火源豎直高度影響因素33
• 2.3 低氣壓環(huán)境對腔室火災(zāi)的影響33-36
• 2.3.1 低氣壓環(huán)境對燃燒速率的影響34
• 2.3.2 低氣壓環(huán)境對火羽流特征參量的影響34-35
• 2.3.3 低氣壓對火災(zāi)煙氣和氣體燃燒產(chǎn)物的影響35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第三章 火源水平位置對飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)煙氣特征的影響38-70
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)38-42
• 3.2.1 飛機(jī)貨艙環(huán)境模擬試驗(yàn)臺38-40
• 3.2.2 測量系統(tǒng)40-42
• 3.3 火源水平位置影響下的燃燒速率與控制因素42-46
• 3.3.1 燃料質(zhì)量損失速率42-43
• 3.3.2 腔室內(nèi)熱反饋與氧氣受限效應(yīng)43-46
• 3.4 火源水平位置影響下的頂棚溫度分布規(guī)律46-60
• 3.4.1 頂棚最高溫升規(guī)律46-52
• 3.4.2 頂棚溫度衰減規(guī)律52-60
• 3.5 火源水平位置影響下的火災(zāi)煙氣與氣體燃燒產(chǎn)物特性60-68
• 3.5.1 煙氣層與煙氣密度60-65
• 3.5.2 氣體濃度65-68
• 3.6 本章小結(jié)68-70
• 第四章 火源抬升高度對飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)煙氣特性的影響70-86
• 4.1 引言70
• 4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)70-72
• 4.3 抬升火源行為與燃燒速率72-74
• 4.4 抬升火源頂棚溫度分布規(guī)律74-80
• 4.4.1 頂棚最高溫升規(guī)律74-76
• 4.4.2 頂棚溫度衰減規(guī)律76-80
• 4.5 抬升火源火災(zāi)煙氣與氣體燃燒產(chǎn)物特性80-85
• 4.5.1 火災(zāi)初期煙氣填充過程80-82
• 4.5.2 氣體濃度變化規(guī)律82-85
• 4.6 本章小結(jié)85-86
• 第五章 低氣壓環(huán)境對飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)煙氣特征的影響86-108
• 5.1 引言86
• 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)86-88
• 5.3 低壓影響下的燃燒速率與控制因素88-90
• 5.3.1 燃料質(zhì)量損失速率88-89
• 5.3.2 腔室內(nèi)熱反饋與氧氣受限效應(yīng)89-90
• 5.4 低壓影響下的頂棚溫度分布規(guī)律90-100
• 5.4.1 頂棚最高溫升規(guī)律90-95
• 5.4.2 頂棚溫度衰減規(guī)律95-100
• 5.5 低壓影響下的火災(zāi)煙氣與氣體燃燒特性100-106
• 5.5.1 煙氣填充過程與煙氣密度100-103
• 5.5.2 氣體濃度103-106
• 5.6 本章小結(jié)106-108
• 第六章 火源位置與低壓作用下飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)煙氣特征108-134
• 6.1 引言108
• 6.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)108-110
• 6.3 火源位置與低壓影響下的燃燒速率與控制因素110-113
• 6.3.1 燃料質(zhì)量損失速率110-111
• 6.3.2 腔室內(nèi)熱反饋與氧氣受限效應(yīng)111-113
• 6.4 火源位置與低壓影響下的頂棚溫度分布規(guī)律113-124
• 6.4.1 頂棚最高溫升規(guī)律113-116
• 6.4.2 頂棚溫度衰減規(guī)律116-124
• 6.5 火源位置與低壓影響下的火災(zāi)煙氣與氣體燃燒產(chǎn)物特性124-132
• 6.5.1 煙氣層與煙氣密度124-128
• 6.5.2 氣體燃燒產(chǎn)物濃度128-132
• 6.6 本章小結(jié)132-134
• 第七章 結(jié)論與展望134-138
• 7.1 全文總結(jié)與結(jié)論134-135
• 7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)135-136
• 7.3 研究展望136-138
• 參考文獻(xiàn)138-152
• 致謝152-154
• 在讀期間的學(xué)術(shù)成果與獲得的獎勵154-155

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