《微重力強迫對流條件下高溫導線過載著火與火蔓延機制》是依託中國科學技術大學，由方俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微重力強迫對流條件下高溫導線過載著火與火蔓延機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：方俊
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對微重力強迫對流條件下高溫導線過載FEP絕緣皮材料著火、火蔓延的過程，採用微重力落塔與低壓艙實驗手段，研究微重力強迫對流條件對熱解破裂固氣多相傳熱傳質，以及氣泡表面張力梯度、粘性力梯度等主控生長動力學過程的影響機制，求解熱解破裂時間、噴射氣體速度等臨界參數與邊界條件的關係模型；研究高溫導線破裂噴射氣體擴散混合、氣相引導的物理與化學過程，揭示不同氧濃度、強迫氣流速度條件下，導線表面及碳黑輻射熱損速率、氣相化學反應及過載焦耳釋熱速率影響火蔓延的競爭作用機制，建立氣相著火延遲時間，以及碳黑輻射影響下火蔓延速度與強迫對流拉伸率（stretch rate）、Damkohler數等關係模型，為載人航天導線火災防治提供實驗與理論支撐。
結題摘要
項目面向空間站等載人太空飛行器導線火災，利用落塔、低壓艙等實驗條件，針對微重力強迫對流條件下高溫導線過載的著火、火蔓延與煙霧特徵，（1）首次發現了FEP導線噴射“球狀”著火的現象。將Pilot著火延遲時間劃分為氣泡破裂時間、氣相混合時間和化學反應時間，其中氣泡破裂時間包括熱解時間、氣泡形成時間，所占比例最大。建立了氣泡破裂時間與表面張力、絕緣皮厚度等相關關係，引入Damköhler數，揭示了著火延遲時間隨環境壓力和氧氣濃度的演化規律和變化機理。同時，揭示了導線熱老化與氣壓對著火的影響機制，較低溫度與較高溫度熱老化分別造成導線絕緣皮結晶度與熱解溫度升高與降低，從而對導線著火延遲時間分別造成增大與減小的兩種不同效應，並且揭示了著火時間與壓力成“U”形曲線關係的兩種主控機制；（2）首次給出了低壓、不同氧氣濃度條件下PE導線火滴落與火蔓延的極限區間，揭示了導線火在熄滅極限狀態線芯隨氧氣濃度、氣壓變化“熱沉”與“熱源”的轉換機制；闡明了紫外老化對不同傾角ETFE高溫導線向上與向下火蔓延速率的影響規律，發現紫外老化後導線熱解溫度降低，火蔓延速率加大，尤其對向上火蔓延影響更大。同時，建立了近熄滅極限區與冪指數區熱薄材料火蔓延不同的物理化學主控機制，並量化了兩個區域火蔓延速率與氣壓、氧氣之間的依賴關係，近熄滅極限非線性區，Damköhler數較小，火蔓延為氣相動力學主控，火蔓延速度對氧氣深度依賴大；冪指數線性區Damköhler數大，熱傳遞主控，火蔓延速度對壓力依賴相應增加；（3）針對微重強迫對流條件下FEP導線過載噴射火，熱泳採集了煙顆粒並進行了電鏡圖像分析，揭示了微重力強迫對流高溫導線碳黑煙顆粒初級粒子的分形凝並動力學規律。利用煙霧消光陰影圖像分析，闡明了微觀形譜參數（凝團迴轉半徑、前置因子、分形維數）以及巨觀體積濃度的變化特徵。這些研究為深入理解微重下導線火災的發生與發展機理，發展導線材料可燃極限研究方法以及火災探測技術，提供了重要的實驗與理論支撐。
