微重力强迫对流条件下高温导线过载着火与火蔓延机制

项目面向空间站等载人航天器导线火灾，利用落塔、低压舱等实验条件，针对微重力强迫对流条件下高温导线过载的着火、火蔓延与烟雾特征，（1）首次发现了FEP导线喷射“球状”着火的现象。将Pilot着火延迟时间划分为气泡破裂时间、气相混合时间和化学反应时间，其中气泡破裂时间包括热解时间、气泡形成时间，所占比例最大。建立了气泡破裂时间与表面张力、绝缘皮厚度等相关关系，引入Damköhler数，揭示了着火延迟时间随环境压力和氧气浓度的演化规律和变化机理。同时，揭示了导线热老化与气压对着火的影响机制，较低温度与较高温度热老化分别造成导线绝缘皮结晶度与热解温度升高与降低，从而对导线着火延迟时间分别造成增大与减小的两种不同效应，并且揭示了着火时间与压力成“U”形曲线关系的两种主控机制；（2）首次给出了低压、不同氧气浓度条件下PE导线火滴落与火蔓延的极限区间，揭示了导线火在熄灭极限状态线芯随氧气浓度、气压变化“热沉”与“热源”的转换机制；阐明了紫外老化对不同倾角ETFE高温导线向上与向下火蔓延速率的影响规律，发现紫外老化后导线热解温度降低，火蔓延速率加大，尤其对向上火蔓延影响更大。同时，建立了近熄灭极限区与幂指数区热薄材料火蔓延不同的物理化学主控机制，并量化了两个区域火蔓延速率与气压、氧气之间的依赖关系，近熄灭极限非线性区，Damköhler数较小，火蔓延为气相动力学主控，火蔓延速度对氧气深度依赖大；幂指数线性区Damköhler数大，热传递主控，火蔓延速度对压力依赖相应增加；（3）针对微重强迫对流条件下FEP导线过载喷射火，热泳采集了烟颗粒并进行了电镜图像分析，揭示了微重力强迫对流高温导线碳黑烟颗粒初级粒子的分形凝并动力学规律。利用烟雾消光阴影图像分析，阐明了微观形谱参数（凝团回转半径、前置因子、分形维数）以及宏观体积浓度的变化特征。这些研究为深入理解微重下导线火灾的发生与发展机理，发展导线材料可燃极限研究方法以及火灾探测技术，提供了重要的实验与理论支撑。

针对微重力强迫对流条件下高温导线过载FEP绝缘皮材料着火、火蔓延的过程，采用微重力落塔与低压舱实验手段，研究微重力强迫对流条件对热解破裂固气多相传热传质，以及气泡表面张力梯度、粘性力梯度等主控生长动力学过程的影响机制，求解热解破裂时间、喷射气体速度等临界参数与边界条件的关系模型；研究高温导线破裂喷射气体扩散混合、气相引导的物理与化学过程，揭示不同氧浓度、强迫气流速度条件下，导线表面及碳黑辐射热损速率、气相化学反应及过载焦耳释热速率影响火蔓延的竞争作用机制，建立气相着火延迟时间，以及碳黑辐射影响下火蔓延速度与强迫对流拉伸率（stretch rate）、Damkohler数等关系模型，为载人航天导线火灾防治提供实验与理论支撑。

1.热力着火不仅与燃料的物理化学性质有关，而且与系统的热力条件有关。

2.放热强烈时，放热曲线将向上移动,从而使着火点（着火温度）下降。

3.系统温度高于Toi时，系统将在燃气达到Toi时开始着火，并向稳定燃烧方向发展。

4.着火点与系统所处热力状况有关，即使同一种燃气，着火温度也不是常数。

5.升高压力将使反应物浓度增加，放热强烈,因而使反应速度增加。

6.燃气可燃成分浓度增加，着火点降低。

系统温度为T0时，有2个交点，其中2点为不稳定点。温度升高或降低都会使系统向远离2点的方向发展，如放热﹥散热，T将不断升高；放热﹤散热，温度将不断降低。而1点却是个稳定点，当系统温度逐渐升高时，M线将向右移动（如图1所示）。当它们之间只有一个切点时，也就是系统稳定的极限位置。系统温度再高时，放热将永远大于散热。 Ø发热曲线与散热曲线的切点，称着火点，相应与该点上的温度称为着火温度或自燃温度 。

1.煤尘云的着火温度随着煤尘粒径的减小而降低，粒径小于180目的煤尘着火温度比40-100目煤尘的着火温度低90℃。

2.煤尘层着火温度随煤尘粒径的减小、煤尘层厚度的增加而降低。粒径在100-120目范围内的煤尘层着火温度比粒径小于180目的煤尘层着火温度低50-70℃；15mm厚的煤尘层着火温度要比5mm厚的煤尘层着火温度低20-40℃。

3.同一种类的煤尘，其层状着火温度比云状着火温度要低。本次实验所选煤尘同一粒径范围内，煤尘层着火温度比煤尘云着火温度要低170~ 200℃。

4.对于特定的粉尘云，着火源在一定的温度或能量范围内，着火是不稳定的，着火率是变化的，粉尘云的最低点火温度是在一定的实验次数条件下测得的，实验次数越多，测得的结果越准确。在引用这些参数值指导生产时，还应考虑一定的安全系数 。2100433B

即可燃物开始燃烧。可燃物必须有一定的起始能量，达到一定的温度和浓度，才能产生足够快的反应速度而着火。大多数均相可燃气体的燃烧是链式反应，活性屮间物的浓度 在其中起主要作用。如果链产生速度超过链中止速度，则活性中间物浓度将不断增加，经过一段时间的积累(诱导期)就自动着火或爆炸。着火温度除与可燃混合物的特性有关外，还与周围环境的温度、压力，反应容器的形状、尺寸等向外散热的条件有关。当氧化释放的热量超过系统散失的热量时，燃料就会快速升温而着火。这种同流动和传热有密切联系的着火称为热力着火，它是多数燃料在燃烧设备内所经历的着火过程。在燃料的活性较强、燃烧系统内压力较高和散热较少的情况下，燃料的热力着火温度会变得低一些。在一定压力下，可燃物有着火浓度的低限和高限，在这个范围以外，不管温度多高都不能着火。在大气压力下,某些可燃气体在空气中的着火性质如附表所示。

工程中使用得较为普遍的着火方法是强迫着火，它是用外部能源或炽热物体如电火花、引燃火炬、高温烟气回流等点燃冷的可燃物。在点燃部位首先出现火焰，然后通过湍流混合和传热,火焰锋面逐渐扩展到整个可燃物。 强迫着火是由点火源向周围可燃气体加热，因此点燃温度要高于可燃物的自燃温度。