高空气球承载微重力实验浮力对预混V型火焰的影响

一、用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响（论文文献综述）

汪凯^[1]（2016）在《导线绝缘层在弱浮力环境下着火早期演变特性的研究》文中认为为保障载人航天器的防火安全,应探索微重力下火灾发生的早期演变机理。但地面微重力实验时间短,同时空间搭载实验费用昂贵,所以非常需要在地面开展微重力实验模拟研究。基于弱浮力环境模拟微重力效应的思路,本文开展了弱浮力下载人航天器中典型非金属材料导线绝缘层着火早期演变特性的研究。基于各种微重力燃烧的地面实验模拟方法,系统研究了弱浮力下过载电流时导线绝缘层的着火早期演变特性,具体包括温升特性、烟气输运特性以及产物烟黑的分布特性,并相应地预测了微重力下导线绝缘层着火早期的演变机理。全文主要研究内容如下：首先,在第2章系统总结了微重力燃烧的地面实验模拟方法,详细介绍了低压法和窄通道法的模拟原理、有效性及其不足；并提出改进,尤其在窄通道法基础上提出了低压窄通道法,给出其具体原理,并指出了该方法在研究热厚材料着火早期演变特性方面的优势。此后,分三章逐步介绍过载电流下绝缘层的着火早期演变特性。第3章,首先建立了绝缘层着火早期温升特性的简化物理模型,并基于模型得到绝缘层温升曲线的理论解,进而分析了弱浮力对其影响机理。此后,利用低压法研究了压力、氧气浓度、环境组分、电流大小、绝缘层种类和厚度等因素对绝缘层着火早期温升特性的影响。结果表明,随着压力的降低,绝缘层的温升率、平衡温度逐步增大,达到平衡温度的时间逐步减小,从而证明低压法有效地抑制了浮力对流,使得自然对流散热被明显削弱。接着利用窄通道法研究了通道高度、壁面种类等因素对绝缘层着火早期温升特性的影响。结果表明,随着通道高度的降低,绝缘层的温升率、平衡温度逐步增大,达到平衡温度的时间逐步减小,从而证明窄通道法也可有效地抑制浮力对流,使得自然对流散热被明显削弱。另外,结果表明,应选择壁面蓄热能力弱、壁面导热系数小的材料来减少窄通道的壁面热损失；并且水平放置的窄通道抑制浮力对流的效果要优于垂直放置的。最后,验证了低压窄通道法模拟微重力下绝缘层着火早期温升特性的有效性,并指出其适用范围。第4章,首先建立了绝缘层烟气微团析出的简化物理模型,并基于模型揭示了烟气微团运动轨迹和烟气喷射角的变化规律,指出压力对烟气微团输运特性的影响机理,并预测了微重力下的结果。然后,利用低压法研究了压力、环境组分、氧气浓度、电流大小、绝缘层种类和厚度等因素对绝缘层着火早期烟气输运特性的影响。结果表明,在纯氮气环境下,压力越低,绝缘层破损模式依次为热膨胀模式、烟气喷射模式、鼓泡模式,其热降解程度越来越剧烈,绝缘层相应的析出烟气时间或起泡时间减小,烟气喷射角增大,表明压力有效削弱了浮力对流作用。而在空气组分和纯氧气环境下,随着压力的降低,由于氧气含量的减少,绝缘层氧化分解程度降低,绝缘层析出烟气的时间增大,此外烟气喷射角随着压力降低逐步增大,这再次表明压力有效削弱了浮力对流作用。此外,降低氮气稀释剂含量可以增加绝缘层的氧化分解速度,表明只降低氮气含量的低压环境可以克服低压法抑制化学反应速率的不足。随着过载电流的增加,绝缘层析出烟气的时间缩短,烟气量明显增加,所以为了预防火灾需要有效监视用电设备的工作电流大小。最后,研究表明绝缘层种类对于绝缘层的烟气输运特性影响大,应优先选用热稳定性良好的材料作为绝缘层。接着利用窄通道法研究了通道高度、通道放置方式对绝缘层着火早期烟气输运特性的影响。结果表明,随着窄通道高度的降低,通道内部绝缘层烟气的输运特性明显不同,依次呈现：发散型、聚散型和聚附型；且当窄通道通道高度在10mm-15mm时,烟气的自然对流流动过程被有效地抑制,与微重力下绝缘层烟气输运过程相似。进一步,相比垂直放置方式,水平放置的窄通道可更有效地抑制浮力对流,得到类似微重力下的烟气输运特性。最后,采用低压窄通道法研究了绝缘层的烟气输运特性。结果表明,低压窄通道法在10mm-21.4mm通道高度内,能够获得近似微重力下的烟气输运特性。第5章,首先阐述激光衰减法测量烟黑浓度的原理,并阐述了烟黑浓度数据反演算法和降噪原理,并基于此编写了一套烟黑浓度Matlab计算程序。此后,搭建了全场烟黑浓度测量的实验系统,并验证了该实验系统和数据处理方法的有效性。接着,研究了环境组分、压力、氮气稀释剂对绝缘层着火早期烟黑分布特性的影响。结果表明,在空气组分下,随着压力降低,绝缘层着火早期的烟黑浓度先降低,此后又逐渐增大。而在相同压力时,纯氧环境工况,绝缘层着火早期生成的烟黑最多,说明氧气含量增加会促进绝缘层的分解,释放出更多烟黑,这表明可用低压富氧环境来预测微重力下的结果。另外,若在氧气含量一定时,随着氮气稀释剂含量的降低,绝缘层析出的烟黑浓度逐步增加,因此只降低稀释剂含量建立的弱浮力环境,可更好地预测微重力下的结果。此外,无论何种环境组分,随着压力降低,由于浮力对流被逐步抑制,使得水平方向上绝缘层的烟黑扩散更远,而垂直方向上绝缘层的烟黑分布更加均匀,逐步接近微重力下的烟黑分布状况。最后,利用场发射扫描电镜分析了典型工况下绝缘层生成的烟黑颗粒形态和粒径。结果表明,随着压力的降低,绝缘层的烟黑颗粒等效直径逐渐增大,该趋势与微重力下的结果一致。总之,通过本文的研究,获得了弱浮力环境下过载电流时导线绝缘层着火早期的演变特性,预测了微重力下的变化趋势,并基于着火早期演变特性的结果对微重力模拟方法提出了有效改进。本文工作将为今后微重力下材料防火性能的检验和着火早期的监测,提供了坚实的理论依据和大量的基础数据。

王伟刚^[2]（2003）在《微重力和弱浮力环境下固体燃料表面火焰传播机理研究》文中认为研究微重力和弱浮力环境下固体燃料表面火焰传播机理，对于认识燃烧基本规律，发展燃烧学基本理论和改善载人航天飞行器的防火安全具有重要的理论和实际意义。本论文在国家自然科学基金的资助下，对地面弱浮力环境下固体燃料表面火焰传播特性进行了实验研究，同时也对微重力环境下热薄固体燃料表面火焰传播特性进行了数值分析。论文第一章对固体燃料表面火焰传播机理研究的国内外研究现状进行了综述，提出了本论文的研究方向。论文第二章在弱浮力环境下对火焰传播机理进行了实验研究。第一节研究低压下热薄固体燃料表面的火焰传播机理。实验结果表明，在较低压力下，火焰传播具有微重力环境下火焰传播的某些特征，并采用无因次火焰传播速度和Da数对该环境下的火焰传播机理进行了分析。第二节研究了在21％氧气浓度下，燃料宽度，燃料倾斜角度和环境空气流动对垂直向下传播的热薄燃料表面火焰传播特性的影响。水平窄通道是模拟微重力环境的一种有效方法，论文在第三节中研究了水平窄通道实验装置中，环境空气流动对热厚燃料表面火焰传播特性的影响。论文第三章采用数值模拟的方法研究了静止微重力环境下热薄固体燃料表面火焰传播机理。着重研究了表面辐射热损失、环境压力对火焰传播特性的影响。结果表明，在静止微重力环境中，表面辐射热损失对燃料表面火焰传播特性有明显的影响。随着表面辐射增大，火焰传播速度减小。在考虑表面辐射后，随着压力的增大，火焰传播速度增大，这与微重力环境下火焰传播的实验结果是一致的。不同环境氧气浓度和压力条件下，表面辐射对火焰传播速度的影响可以用辐射-导热参数统一表示。火焰峰值温度随着表面辐射增大而下降，火焰结构明显受表面辐射的影响。这些数值模拟结果进一步阐明了微重力环境下的火焰传播机理。

王岳,雷宇,张孝谦,J.Konig,C.Eigenbrod^[3]（2002）在《浮力对皱折锋面预混V形火焰的影响》文中认为利用落塔微重力实验装置和OH平面激光诱导荧光（OH—PLIF）方法,在正常重力和微重力环境下观测了一系列具有皱折锋面的甲烷 空气预混V形火焰,以研究浮力对火焰的影响。借助于高速CCD摄像装置,在实验中记录了每一个火焰在正常重力和微重力下的大量火焰锋面瞬态图像。根据皱折锋面预混火焰的特点和现有的理论,作者开发了图像处理方法用于处理实验结果,利用统计计算得出火焰结构,从而评价浮力的影响。研究表明,浮力一方面影响火焰所在流场的平均流动,另一方面也影响湍流火焰的传播,浮力对火焰的影响在一定程度上呈现出与来流湍流度和层流火焰传播速度的相关性。

王岳^[4]（2002）在《重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响》文中研究表明湍流和火焰不稳定性对弱湍流预混火焰的影响具有可比性，因此在预测和控制这类火焰时需要考虑更多的因素，例如重力的影响。本文研究重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响，目的是为发展弱湍流预混火焰理论提供基础数据。 本文利用落塔和OH-PLIF技术在正常重力和微重力下探测甲烷-空气预混V形火焰，记录了火焰锋面的动态特征。经过图像处理，从OH-PLIF图像中提取了平均反应度（?）、火焰锋面密度∑和湍流火焰传播速度ST等特征量，以评价重力的影响。研究表明，微重力下火焰皱褶增大并且ST加快。同时，重力对火焰皱褶的影响随着湍流的增强而减弱，对∑的影响集中在靠近燃烧产物一侧。对于一些火焰，重力的影响与湍流或火焰放热的影响处于同一量级，这意味着重力影响在燃烧模型中不能忽略。重力压制火焰皱褶的原因是Rayleigh-Taylor机理和斜压机理。 本文对V形火焰进行了数值模拟，目的是研究重力对流场的影响。计算结果显示，浮力加速了燃烧产物的上升，而这又加强了燃烧器出口附近的向上气流。重力的影响随来流速度的增大而减弱，但与火焰放热没有明显的关系，原因是火焰放热除了增强浮力也增大了燃烧产物的惯性力，两种效应相互抵消。 重力对预混火焰的影响表现为界面效应（对火焰锋面的影响）和体积效应（对流场的影响），二者之间相互耦合。进入微重力后火焰总体特征（如火焰张角）发生的变化同时包含这两种效应。

程晓斌,王岳,陈静宜,张孝谦^[5]（2002）在《基于小波方法微重力预混V形火焰不稳定性分析》文中研究指明着重介绍了将小波图像处理方法运用于微重力燃烧实验,通过对预混V形火焰的动态图像的分析处理,提取有关燃烧火焰的结构及其变化信息,实现了利用火焰连续的动态图像研究火焰结构和不稳定性的目标.

王岳,程晓斌,张培元,张孝谦,陈静宜,杨平,解轸,雷宇^[6]（2001）在《用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响》文中研究表明在地面实验中观测到的燃烧现象，包含了浮力的影响。利用微重力实验在浮力消失后研究火焰，有助于深入理解燃烧过程。本文介绍了利用高空气球搭载微重力实验对甲烷－空气预混Ｖ形火焰的研究。实验提供了长时间微重力环境下火焰的动态图像。利用计算机图像处理方法对火焰图像的分析表明，在本实验的工况下，微重力下预混Ｖ形火焰锋面的张角比正常重力下变大，皱折和摆动加剧。这说明浮力确实影响预混燃烧过程。

孔文俊,张孝谦^[7]（1997）在《微重力环境下的燃烧科学研究》文中研究指明微重力环境下，浮力和自然对流对燃烧过程的影响十分微弱，从而能在简化了的条件下研究各种燃烧现象，这对于燃烧机理的研究具有重要意义。通过深入认识微重力环境下的燃烧现象，并提出相应的防、灭火措施，也是载人航天系统的实际需要。本文综述了国外微重力燃烧科学研究的主要方向，探讨了微重力环境为燃烧科学的基础研究所带来的机遇与挑战。

二、用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响（论文提纲范文）

（1）导线绝缘层在弱浮力环境下着火早期演变特性的研究（论文提纲范文）

（2）微重力和弱浮力环境下固体燃料表面火焰传播机理研究（论文提纲范文）

（3）浮力对皱折锋面预混V形火焰的影响（论文提纲范文）

（4）重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响（论文提纲范文）

（5）基于小波方法微重力预混V形火焰不稳定性分析（论文提纲范文）

四、用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响（论文参考文献）

• [1]导线绝缘层在弱浮力环境下着火早期演变特性的研究[D]. 汪凯. 中国科学院研究生院(工程热物理研究所), 2016(11)
• [2]微重力和弱浮力环境下固体燃料表面火焰传播机理研究[D]. 王伟刚. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）, 2003(02)
• [3]浮力对皱折锋面预混V形火焰的影响[J]. 王岳,雷宇,张孝谦,J.Konig,C.Eigenbrod. 燃烧科学与技术, 2002(06)
• [4]重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响[D]. 王岳. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）, 2002(01)
• [5]基于小波方法微重力预混V形火焰不稳定性分析[J]. 程晓斌,王岳,陈静宜,张孝谦. 中国科学院研究生院学报, 2002(01)
• [6]用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响[J]. 王岳,程晓斌,张培元,张孝谦,陈静宜,杨平,解轸,雷宇. 工程热物理学报, 2001(01)
• [7]微重力环境下的燃烧科学研究[J]. 孔文俊,张孝谦. 大自然探索, 1997(04)

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