微重力环境电流过载下导线绝缘层着火早期烟的析出和烟气分布规律

The purpose of this project is to make full use of the space science satellite platform developed by the Chinese Academy of Sciences. Using the scientific data obtained by SJ-10 satellite experiment, the soot emissions and smoke distributions in the early stage of ignition of wire insulation under microgravity were invistigated. The influence of overload current and insulation thickness on the warning sign of wire fire in a long time microgravity environment is obtained. The characteristics of early warning of wire insulation in microgravity environment are clarified, and the temporal and spatial distribution properties of the parameters in early stage of microgravity fire are conducted. A mathematical model for predicting the early signs of fire in typical nonmetallic materials under microgravity is developed, and the mechanism of fire occurrence and evolution and the distribution of products are expounded. We will give full play to the efficient use of scientific satellites, promote the independent innovation ability of microgravity combustion research in China. By this project, we will train the talents of microgravity combustion science research, and promote the output of space scientific research achievements.

本项目的目的是充分利用中国科学院研制的空间科学卫星平台，利用SJ-10号卫星实验取得的科学数据，开展微重力下导线绝缘层着火早期烟的析出和烟气分布规律研究，获得长时间微重力环境下过载电流大小、绝缘层厚度等因素对导线着火先期征兆的影响规律。阐明微重力环境下导线绝缘层火灾早期征兆特性，掌握微重力火灾早期可探测参数的时间和空间分布规律，发展准确预测微重力下典型非金属材料火灾早期征兆的数学模型，揭示微重力下火灾发生、演变机理及其产物的分布规律。充分发挥空间科学卫星的效能，提升我国微重力燃烧基础科学自主创新能力，培养微重力燃烧科学研究人才，促进空间科学科研成果的产出。

安全防火是发展载人航天，探索、开发和利用空间资源必须妥善解决的最重要的问题之一，直接关系到总任务的成败和航天员的生命安全。在这一背景下研究微重力下的着火先期征兆和可探测火灾信号，对于认识我国载人航天空间火灾发生、发展规律，获取相关基础数据具有重要意义。本项目对实践10号卫星微重力实验数据进行了分析和处理，并进行了地面拓展实验和数值模拟研究微重力下碳烟生成和分布规律。.碳烟浓度测量是基于激光衰减法，该方法中，光线经过测试段后，由于固体碳烟粒子的吸收及散射作用，造成光强的衰减，从而使得入射光像素位置上呈现出光线衰减现象。基于这一原理，编制了碳烟浓度数据分析和处理程序，利用编制的碳烟生成特性程序，对SJ-10导线绝缘层烟的析出特性进行了分析，发现了烟气析出的边缘喷射和中间鼓泡喷射两类模式，结果表明，热解锋面的几何形状对边缘喷射的方向和范围有重要影响。而线芯和绝缘层之间的非氧化热解产生的高温烟气是现场鼓泡喷射的主要原因。完成了卫星实验和计算碳烟浓度分布规律研究。.基于实践十号空间结果呈现的独特绝缘层过载现象，改进设计了低压实验装置。原理图如下图所示。建立了地面比对实验设施，完成了工况比对和拓展实验。.采用SJ-10导线绝缘层材料聚四氟乙烯（PTFE）导线绝缘层、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）导线绝缘层，获得了导线绝缘层的热重曲线（TG、DTG和DTA曲线）和升温过程中的生成物变化。并在此基础上，分析获得了导线绝缘层反应动力学参数。为数值模拟反应动力学机理的建立提供了条件。.研究了导线绝缘层扩散火焰烟的析出及分布的数学模型，为准确建立碳烟生成和氧化动力学模型，采用反应力场分子动力学模拟方法（ReaxFF-MD）研究了碳烟的形成与生长机理，研究了碳烟成核和生长机理，为进一步的烟的析出及分布的数值模拟研究奠定了基础。探究了扩散火焰碳烟准确预测的动力学模型，并进行了数值模拟。