不同重力环境下辐射加热材料表面着火特性分析

研究外界辐射加热下，不同重力环境中热薄燃料的着火特性．探讨了重力、环境氧浓度、环境压力及外界辐射强度对着火的影响．结果表明，随着重力的变化，存在不同的着火机制．在微重力和在高的环境氧浓度中，材料的着火延迟时间变短．压力减小，着火延迟时间增大．随着辐射强度的增大，着火延迟时间变小．     

微重力环境中的蜡烛火焰

对蜡烛火焰动态特征的分析表明,从正常重力状态过渡到微重力状态,火焰的空气动力学特征比质量和能量的传输特征的变化快。通过一台差分干涉仪首次测量得到了微重力环境中蜡烛火焰的温度。结果表明,微重力蜡烛火焰的温度小于正常重力蜡烛火焰的温度。微重力蜡烛火焰之所以呈蓝色是因为其温度小于烟黑生成的阈值温度1300K。但当环境氧浓度足够高时,火焰温度大于烟黑生成的阈值温度,火焰中明显有烟黑生成,颜色为亮黄色。     

微重力环境中空气流动与辐射热损失对火焰传播的影响

本文建立了包含辐射热损失的火焰沿热薄燃料表面传播的数学模型。燃毁点的密度作为待求参数出现在模型中。数值计算结果表明,在微重力环境中,火焰传播速度随空气流动速度的变化出现峰值。对比无辐射热损失模型和有辐射热损失模型的计算结果发现,辐射热损失是形成上述微重力燃烧特征的原因。在静止的微重力环境中或弱空气流动速度下,辐射热损失使燃毁点处有大量的残碳生成,但随着空气流动速度的增大,残碳生成量迅速减小。     

重力对扩散射流火焰动态特性的影响

本文探讨重力对扩散射流火焰动态特性的影响规律。结果表明,火焰闪烁现象是一种浮力诱导不稳定性,在浮力消失或反向重力场中,不存在这种不稳定性现象,闪烁频率与燃料射流速度无直接关系,但涡的大小随燃料射流速度的增大而增大。存在触发火焰闪烁的临界高度,闪烁频率与重力成平方根关系式。反向重力情况下,也存在浮力稳定型平面火焰,它反映了浮力与火焰的耦合作用。     

微重力下环境压力对火焰传播的影响

研究表明,在微重力环境中,当强制对流速度很小时,环境压力的增大会加强氧气的扩散,减弱辐射热损失对火焰的冷却效应,使火焰传播速度增大。但随着强制对流速度的增大,对流成为质量传递的主要途径,化学反应速率受化学反应动力学因素控制,火焰传播速度对压力的变化不敏感。