细水雾抑制航天飞行器中火灾的研究

To find the best way to extinguish flame by water mist in spacecraft, we investigate the mist characteristics, flame parameters and impact mist have on flame. Experiment will be carried out in drop tower. Water mist will be studied quantificationally in angle of core, mist size, mist velocity, trajectory by high-speed carmera, DPIV, and simulation in microgravity. Combustion characteristics of solid materials will be studied by high-speed camera, micro-thermocouple with a combination of infrared thermal imaging and the generationrate of the concentration of CO measured flue gas analyzers and other components. Employing high-speed photography, DPIV, micro-thermocouple and thermal infrared imager, we study the interaction of mist and flame, and characteristics of mist, including droplet diameter size, size distribution, drop trajectory and distribution, and characteristics of flame extinguish. Also we study on mechanism of extinguishment of flame by water mist and claim the rule of extingusihment of solid fire, by cooling interaction area, insulating oxygen and thermal radiation feedback, cooling fuel, diluting the concentration of reaction gas.

本课题通过对微重力环境下细水雾雾场特性、火焰燃烧特性以及细水雾抑制火焰方法和机理进行研究，寻求在载人航天舱内细水雾灭火的最佳方案。本课题拟在落塔等设施中开展相关研究。采用高速摄影、DPIV和计算机模拟等方法研究微重力下细水雾雾场的雾化锥角、粒径大小、速度分布、运动轨迹等特征参数，定量地研究细水雾在微重力条件下的特征；通过高速摄影的方法、微热偶与红外热成像相结合的方法、烟气分析仪测量CO等成分浓度的生成速率的方法研究固体材料的燃烧特性；通过高速摄影、DPIV、微热偶与红外热成像相结合的方法研究细水雾与火焰作用的机理，研究微重力条件下细水雾雾滴粒径尺寸、粒径分布、雾滴运动轨迹和运动速度及其分布等特征参数与熄灭火焰的临界参数，并从汽化吸热冷却反应区、阻隔氧气和热辐射回馈、冷却燃料、稀释反应气浓度等几个方面对微重力条件下细水雾灭火的机理进行研究，并揭示细水雾抑制固体火焰的规律。

通过实验模拟和计算机模拟的方法研究：细水雾在微重力环境下的雾场特性,细水雾与火焰的相互作用。揭示微重力条件下细水雾灭火的机理，寻求高效、安全的灭火方法，为航天工程提供可靠的安全技术支撑。.课题组的研究人员团结协作，努力工作，经过四年探索分析，方案设计，试验总结等方式进行研究，获得了微重力环境下细水雾雾场的特性参数；微重力条件下细水雾与火焰的相互作用的方法，揭示微重力条件下细水雾抑制熄灭火焰的机理；发展了微重力条件下细水雾抑制熄灭火焰的技术，研制了适合于微重力条件下细水雾灭火系统原理样机，为航天飞行器火灾防治提供了具有参考价值的理论和技术；同时培养了一批载人航天器防火技术的研究人才。研究成果分别在与航空航天安全相关的国内外学术期刊上发表学术论文10篇，其中"Numerical study of water mist centerline velocity in microgravity"一文获2016年安徽省8TH自然科学优秀学术论文二等奖，参加了微重力方面的国际学术会议2次，在会上宣读的研究成果得到了与会同行的认可和陈赞;申请国家发明专利 5项，其中3项获得授权，获得授权实用新型专利 5项; 完成硕士学位论文5篇，培养研究生5名。研究工作获得的成果超过了项目任务书制定的指标。