熔融滴落与流淌燃烧耦合的热塑性材料火蔓延机制研究

热塑性材料燃烧过程中易产生熔融滴落与流淌燃烧，形成特殊的耦合燃烧行为，导致向上与向下同时火蔓延。本项目针对当前热塑性材料燃烧特性研究的薄弱环节，开展复杂燃烧的解耦研究。首先在不同熔融滴落质量速率下，开展油池火的形成和发展过程研究，建立"有源"非受限边界油池火流淌燃烧模型；然后进行底部加热作用下的热塑性材料壁面燃烧特性研究，建立底部加热作用下材料竖直向上火蔓延和熔融滴落质量速率模型。在此基础上，以底部辐射功率、质量滴落速率和相对位置作为各子模型间的关联参数，对油池火和壁面火耦合燃烧过程中的传热传质进行综合分析，对其中的复杂相互作用进行解耦，建立热塑性材料耦合燃烧模型。最后，结合现有主动与被动火灾防控主要手段，发展考虑熔融滴落和流淌燃烧行为的热塑性材料火灾危险性综合测试新方法。.本研究有助于深入认识热塑性材料的耦合燃烧现象，为该类材料火蔓延模型的建立和相关标准的发展提供科学支撑。

广泛使用的热塑性材料在燃烧过程中易形成熔融滴落与流淌燃烧特殊行为，导致向上与向下同时火蔓延的猛烈燃烧，三年来，项目组围绕该问题开展了各项研究工作，通过模拟实验和理论分析，取得的主要研究进展与成果如下。.（1）在热塑性材料熔融机理研究与滴落模拟实验台的设计及建设方面：基于阿伦尼乌斯n级反应模型，建立了腔室内热塑性材料受热熔融与气化的中尺度模型；确定了热塑性材料受热熔融过程中的三个典型阶段，即初期加热阶段、熔化主导阶段和气化主导阶段；确定了其最佳熔融流淌状态的温度值（400℃），实现了不同滴落质量速率的熔融滴落实验平台的设计与研制。.（2）在热塑性材料滴落流淌燃烧特性研究方面：建立了热塑性材料熔液滴落“有源”喂料条件下的流淌燃烧模拟实验平台，揭示了不同热塑性材料熔液在滴落燃烧与流淌燃烧过程中的异同规律，指出PS熔液尽管流动速度慢但燃烧释热大；实现了滴落“有源”喂料流淌燃烧过程中的滴落质量速率、空中燃烧速率及底部油池燃烧速率之间的解耦；并发展了基于热电偶离散点温度测量的温度场截面动态重构方法。.（3）在有外界加热源条件下的热塑性材料壁面火蔓延耦合燃烧机理方面：建立了有外界热源条件下的热塑性材料壁面火蔓延实验平台，开展了不同外界热源强度条件下的热塑性材料壁面向上火蔓延特性研究，揭示了外界热源对于此类材料壁面火蔓延的影响规律，阐明了由于热塑性材料易受热熔融滴落而导致外界热源强度对壁面燃烧速率的非线性影响规律。.（4）在热塑性材料火灾危险性综合测试新方法方面：基于所设计的热塑性材料熔融滴落与流淌燃烧测试系统的输出参数，综合现有的传统可燃材料燃烧特性测试参数，发展了热塑性材料火灾危险性综合测试新方法。.项目完成了预定的研究目标和成果指标：已在国内外重要学术期刊和会议发表（或录用）论文6篇，其中在Journal of Hazardous Materials（SCI一区Top期刊，2篇）, Fire and Materials（火灾领域顶级国际期刊，1篇）, Journal of Thermoplastic Composite Materials（热塑性材料研究的国际核心期刊，1篇，录用）发表SCI论文4篇，申请发明专利2项（已授权1项），培养博士生2人，硕士生1人，项目承担人2012年由中国科学技术大学讲师晋升副研究员。

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