微重力燃烧地面(陆基)模拟.ppt

微重力燃烧地面模拟微重力燃烧地面模拟Institute for Thermal Power Engineering Zhejiang University微重力燃烧微重力燃烧经典燃烧理论忽略其作用经典燃烧理论忽略其作用对某些过程忽略重力效应的理对某些过程忽略重力效应的理论无法给出满意解释论无法给出满意解释微重力燃烧特点微重力燃烧特点1.自然对流几乎消除，静止低自然对流几乎消除，静止低速流动速流动2.被浮力掩盖的次级力可以表被浮力掩盖的次级力可以表现出来现出来2.可研究稳定、自由悬浮微粒可研究稳定、自由悬浮微粒获得微重力燃烧的手段获得微重力燃烧的手段落塔，落井：（落塔，落井：（1-10）s抛物线飞行飞机：抛物线飞行飞机：20s探空火箭：（探空火箭：（5-10）min空间飞行器：（空间飞行器：（a day-years）减小空间尺寸限制自然对流减小空间尺寸限制自然对流外加其他场外加其他场由于航天领域激烈竞争与迅速发展，地面研由于航天领域激烈竞争与迅速发展，地面研究没有得到应有的重视究没有得到应有的重视落塔、落井落塔、落井一般采用钢架结构，混凝土外一般采用钢架结构，混凝土外墙，塔内可布置平台墙，塔内可布置平台设备：内舱、外舱、悬吊系统、设备：内舱、外舱、悬吊系统、释放机构、辅助推力系统、回释放机构、辅助推力系统、回收减速系统等收减速系统等内外舱一起下落，内舱在外舱内外舱一起下落，内舱在外舱内静止空气中下落，以获得较内静止空气中下落，以获得较高的微重力水平高的微重力水平落塔、落井落塔、落井经常进行燃烧实验的美国NASAGRC的2.2s落塔，5.18s落井德国ZARM的4.74s落塔日本JAMIC的10s落井，MGLAB的4.5s落塔中国科学院工程热物理所的2s落塔中国科学院力学研究所国家微重力实验室的3.5s落塔减小空间尺寸限制自然对流减小空间尺寸限制自然对流利用窄通道对微重力燃烧过程进行模拟利用窄通道对微重力燃烧过程进行模拟Olson等通过实验和数值分析研究了窄通道内热薄燃料表面火焰传播中出现的手指状小火焰，与微重力环境下实验相对比。

认为10mm高度的窄通道可以模拟微重力环境，模拟机理为氧气浓度和气流速度较低时通道抑制自然对流，并产生较大的热损失王双峰等在对水平窄通道内典型热薄固体材料的燃烧特性进行实验和数值模拟研究，分析了材料表面火焰传播、材料可燃极限与微重力实验结果的相似性，以及窄通道实验模拟微重力材料燃烧特性的机理研究表明，在航天器舱内常见的低速气流条件下，高度为10mm14mm的窄通道能较好地模拟微重力环境中材料表面火焰传播的特征，并复现材料的可燃极限曲线窄通道内火焰诱导的浮力流动速度的最大值约为5cm/s，与常规实验通道（高度较大）相比，窄通道能够有效地限制自然对流，进而提供模拟微重力条件下材料燃烧特性的实验环境外加场模拟微重力环境外加场模拟微重力环境用电场控制燃烧，利用了电场与火焰的耦合机理，用电场控制燃烧，利用了电场与火焰的耦合机理，使得燃烧行为出现了很大的不同使得燃烧行为出现了很大的不同影响：火焰的振荡、稳定性、颜色、温度、生成影响：火焰的振荡、稳定性、颜色、温度、生成的烟粒子、燃烧产物成分的烟粒子、燃烧产物成分原因：电场的形式、强度、施加方式原因：电场的形式、强度、施加方式Osamu等利用方形平行水平金属网孔板与高压直等利用方形平行水平金属网孔板与高压直流电源相接，形成均匀竖向电场，通过改变电场流电源相接，形成均匀竖向电场，通过改变电场强度，极性研究液滴火焰参数，利用电场力平衡强度，极性研究液滴火焰参数，利用电场力平衡浮力可以粗略模拟微重力下的环境，电场作用也浮力可以粗略模拟微重力下的环境，电场作用也造成了其他的影响造成了其他的影响参考文献：1Olson S L, Miller F J, Jahangirian S, et al. Flame spread over thin fuels in actual and simulated microgravity conditionsJ. Combustion and Flame, 2009, 156(6): 1214-1226.2王双峰, 肖原. 微重力下固体材料燃烧特性的地面实验模拟方法研究J. 2012.3张孝谦, 韦明罡. 微重力燃烧研究用落塔J. 工程热物理学报, 1995, 16(4): 503-506.4张夏. 微重力燃烧研究进展J. 2004.5刘春辉, 蔡泽. 微重力燃烧试验设备与燃烧火焰观测J. 导弹与航天运载技术, 1996 (4): 40-46.6 Imamura O, Chen B, Nishida S, et al. Combustion of ethanol fuel droplet in vertical direct current electric fieldJ. Proceedings of the Combustion Institute, 2011, 33(2): 2005-2011.。