《熔融滴落與流淌燃燒耦合的熱塑性材料火蔓延機制研究》是依託中國科學技術大學，由謝啟源擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熔融滴落與流淌燃燒耦合的熱塑性材料火蔓延機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：謝啟源
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
熱塑性材料燃燒過程中易產生熔融滴落與流淌燃燒，形成特殊的耦合燃燒行為，導致向上與向下同時火蔓延。本項目針對當前熱塑性材料燃燒特性研究的薄弱環節，開展複雜燃燒的解耦研究。首先在不同熔融滴落質量速率下，開展油池火的形成和發展過程研究，建立有源非受限邊界油池火流淌燃燒模型；然後進行底部加熱作用下的熱塑性材料壁面燃燒特性研究，建立底部加熱作用下材料豎直向上火蔓延和熔融滴落質量速率模型。在此基礎上，以底部輻射功率、質量滴落速率和相對位置作為各子模型間的關聯參數，對油池火和壁面火耦合燃燒過程中的傳熱傳質進行綜合分析，對其中的複雜相互作用進行解耦，建立熱塑性材料耦合燃燒模型。最後，結合現有主動與被動火災防控主要手段，發展考慮熔融滴落和流淌燃燒行為的熱塑性材料火災危險性綜合測試新方法。.本研究有助於深入認識熱塑性材料的耦合燃燒現象，為該類材料火蔓延模型的建立和相關標準的發展提供科學支撐。
結題摘要
廣泛使用的熱塑性材料在燃燒過程中易形成熔融滴落與流淌燃燒特殊行為，導致向上與向下同時火蔓延的猛烈燃燒，三年來，項目組圍繞該問題開展了各項研究工作，通過模擬實驗和理論分析，取得的主要研究進展與成果如下。 （1）在熱塑性材料熔融機理研究與滴落模擬實驗台的設計及建設方面：基於阿倫尼烏斯n級反應模型，建立了腔室內熱塑性材料受熱熔融與氣化的中尺度模型；確定了熱塑性材料受熱熔融過程中的三個典型階段，即初期加熱階段、熔化主導階段和氣化主導階段；確定了其最佳熔融流淌狀態的溫度值（400℃），實現了不同滴落質量速率的熔融滴落實驗平台的設計與研製。 （2）在熱塑性材料滴落流淌燃燒特性研究方面：建立了熱塑性材料熔液滴落“有源”餵料條件下的流淌燃燒模擬實驗平台，揭示了不同熱塑性材料熔液在滴落燃燒與流淌燃燒過程中的異同規律，指出PS熔液儘管流動速度慢但燃燒釋熱大；實現了滴落“有源”餵料流淌燃燒過程中的滴落質量速率、空中燃燒速率及底部油池燃燒速率之間的解耦；並發展了基於熱電偶離散點溫度測量的溫度場截面動態重構方法。 （3）在有外界加熱源條件下的熱塑性材料壁面火蔓延耦合燃燒機理方面：建立了有外界熱源條件下的熱塑性材料壁面火蔓延實驗平台，開展了不同外界熱源強度條件下的熱塑性材料壁面向上火蔓延特性研究，揭示了外界熱源對於此類材料壁面火蔓延的影響規律，闡明了由於熱塑性材料易受熱熔融滴落而導致外界熱源強度對壁面燃燒速率的非線性影響規律。 （4）在熱塑性材料火災危險性綜合測試新方法方面：基於所設計的熱塑性材料熔融滴落與流淌燃燒測試系統的輸出參數，綜合現有的傳統可燃材料燃燒特性測試參數，發展了熱塑性材料火災危險性綜合測試新方法。 項目完成了預定的研究目標和成果指標：已在國內外重要學術期刊和會議發表（或錄用）論文6篇，其中在Journal of Hazardous Materials（SCI一區Top期刊，2篇）, Fire and Materials（火災領域頂級國際期刊，1篇）, Journal of Thermoplastic Composite Materials（熱塑性材料研究的國際核心期刊，1篇，錄用）發表SCI論文4篇，申請發明專利2項（已授權1項），培養博士生2人，碩士生1人，項目承擔人2012年由中國科學技術大學講師晉升副研究員。
