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水平风作用下羽流特性实验装置及实验研究

水平风作用下羽流特性实验装置及实验研究

作者：王克一中国矿业大学

学位级别：硕士

羽流是影响火灾发展的重要因素,也是火灾动力学的重点研究对象。关于羽流特性,前人已经开展了大量理论推导和实验研究,但以往研究主要针对的是无风条件下的理想羽流。而在现实火灾发生的过程中,火羽流特性在环境风速的影响下会变得十分... 详细信息

羽流是影响火灾发展的重要因素,也是火灾动力学的重点研究对象。关于羽流特性,前人已经开展了大量理论推导和实验研究,但以往研究主要针对的是无风条件下的理想羽流。而在现实火灾发生的过程中,火羽流特性在环境风速的影响下会变得十分复杂。所以设计水平风作用下的羽流特性实验装置并开展实验研究更具现实意义。在探究燃烧特性、火灾发展规律的同时,还能够预测火灾危险性,组织有效的预防或消防方案。本文旨在通过设计一套水平风作用下羽流特性实验装置,采用实验与模拟相结合的方法,对水平风作用下的羽流特性进行研究。本文首先重点介绍了实验装置的设计思路和设计过程,实验装置的设计主要针对提供水平风速的低速直流风洞和数据采集系统两部分。低速直流风洞设计具体包括外形轮廓设计、动力段设计、稳定段设计、试验段设计。通过对数值模拟结果和实测数据进行分析,该风洞的流场质量符合本课题对低速直流风洞的基本要求,流场整体稳定,具有较好的均匀性。在对数据采集系统的设计中,通过编程实现了视频数据智能化采集,还可以对质量流量、质量损失速率、温度进行测量。整套实验装置可以为本课题及后续研究提供可靠的实验工况条件和准确的数据结果。其次,明确实验条件与数据处理方法,设计了水平风作用下羽流特性探究实验,分析了羽流热释放速率、温度分布、质量流量、火焰形态特征在不同风速、不同火源功率条件下的变化规律。结果显示:风速使整个燃烧过程质量损失速率增大,风速越大,整个燃烧过程时间越短;同一功率火源平均倾斜角度随着风速的增加而增大,倾斜角度的变化趋势与Thomas理论模型相契合;火羽流最高温度位置分布曲线的切线角度与水平风作用下火焰倾斜角度基本吻合,且与实际火羽流图像轮廓变化趋势基本吻合;在完全燃烧阶段同一水平高度的质量流量随水平风速的增大而增大。最终,使用FDS数值模拟软件对实验进行模拟,模拟结果与实验数据在变化趋势上基本一致。在数值模拟中,倾斜角度、温度、质量流量的变化规律依然满足实验得出的规律。该论文有图55幅,表6个,参考文献92篇。

关键词：水平风羽流特性实验装置数值模拟

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喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响

安全与环境学报 2017年第1期17卷 140-146页

作者：祁鑫鑫李元洲林彬范梦琳中国科学技术大学火灾科学国家重点实验合肥230026 上海倍安实业有限公司上海200032 公安部上海消防研究所上海200032

基于经典羽流模型,通过全尺寸试验测量大空间喷头上方羽流中心线不同高度处的温度和速度,分析羽流中心线温度和速度的变化规律,并与经典羽流模型做比较,得出喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响。结果表明:喷淋启动前,羽流温度和速度随... 详细信息

基于经典羽流模型,通过全尺寸试验测量大空间喷头上方羽流中心线不同高度处的温度和速度,分析羽流中心线温度和速度的变化规律,并与经典羽流模型做比较,得出喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响。结果表明:喷淋启动前,羽流温度和速度随高度增加的变化趋势与经典羽流模型基本一致;喷淋启动后,各高度处温度显著降低,速度显著减小,温度随时间的变化趋势与喷淋压力有关,且温度和速度随高度增加的变化趋势发生明显改变。

关键词：安全工程喷淋全尺寸试验大空间羽流特性

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真空环境下纳秒脉冲激光烧蚀典型材料的推进流场特性分析

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推进技术 2017年第6期38卷 1427-1433页

作者：常浩金星叶继飞林正国装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

为研究纳秒脉冲激光烧蚀典型材料推进流场瞬态流动过程,采用流场显示阴影技术,实现纳秒级时间分辨率、毫米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,解决激光烧蚀推进羽流的时间、空间高分辨率测量难题。对典型金属材料铝和典型聚合物材料... 详细信息

为研究纳秒脉冲激光烧蚀典型材料推进流场瞬态流动过程,采用流场显示阴影技术,实现纳秒级时间分辨率、毫米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,解决激光烧蚀推进羽流的时间、空间高分辨率测量难题。对典型金属材料铝和典型聚合物材料的流场特性进行测量分析,并研究激光能量密度对羽流特性的影响。在典型时间尺度上,定性分析激光作用典型材料羽流特征与推进性能之间的关系。由于纳秒激光峰值功率高,当烧蚀金属材料Al时容易形成高温高压的等离子体羽流,等离子体喷射速度超过17km/s,等离子体羽流在百纳秒时间尺度离开靶面,对靶的力的耦合结束;当烧蚀聚合物PMMA和PVC材料时,PVC材料羽流喷射以等离子体和细小颗粒为主,喷射量较大且集中、方向性好,实验测量得到PVC工质真空羽流速度达到1500m/s,因此带来的反喷冲量以及推力都会较高。

关键词：激光推进烧蚀流场羽流特性真空

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脉冲等离子推力器羽流实验研究初探

宇航计测技术 2006年第2期26卷 28-32页

作者：李自然杨乐吴建军周进国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thrusters,PPTs)具有体积小、结构简单、推力小、比冲高等特点,非常适用于目前正广泛开展研究的小型航天器的姿轨控系统,是电推进领域的研究热点之一。开展对PPTs羽流特性的研究是了解PPTs工作机理、... 详细信息

脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thrusters,PPTs)具有体积小、结构简单、推力小、比冲高等特点,非常适用于目前正广泛开展研究的小型航天器的姿轨控系统,是电推进领域的研究热点之一。开展对PPTs羽流特性的研究是了解PPTs工作机理、分析其推力作用规律和探索性能提升方法的重要途径,本文对PPTs进行了概述,综述并分析了PPTs的羽流特点、研究现状,对实验中涉及到的羽流测量参数及方法进行了概括,对相关的等离子体诊断方法进行了重点介绍。

关键词：脉冲等离子体推力器羽流特性参数测量诊断

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