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阴燃燃烧是指没有火焰、自维持、不断传播的放热表面燃烧反应,它多发生于多孔的材料中。阴燃反应涉及了多孔介质中的传热传质、流体的运动以及材料表面的化学反应等复杂过程,这些物理和化学过程之间的相互作用决定了阴燃的特性,当阴燃反应所放出的热量与反应区域向周围环境传递的热量达到一个平衡时,阴燃可以自维持传播,并在一定条件下,阴燃可以向明火转化,当转化发生后,明火很快吞没整个材料。本文采用聚氨酯泡沫材料作为实验材料,对其阴燃过程进行了一系列实验研究,包括了自然对流下的阴燃过程、强迫对流下的阴燃过程、半封闭下的阴燃过程,以及各条件下阴燃向明火转化的过程。
论文的第一部分针对自由对流条件下的阴燃及其向明火的转化进行了研究。通过该条件下的聚氨酯泡沫阴燃的实验研究,讨论了阴燃传播过程的特性。并根据垂直向上阴燃传播的特点,建立了其稳定阴燃时实验材料内部的气流速度模型和阴燃向明火转化时的临界风速判定表达式;与实验相结合分析得到:在稳定阴燃时实验材料内部的风速在0.001m/s至0.0024m/s的范围内;在阴燃向有焰火转化时实验材料内部的临界风速在0.63m/s至1.07m/s范围内。
第二部分针对强迫对流条件下的阴燃及其向明火的转化进行了研究。研究发现在阴燃过程中不同位置的升温曲线相似,逆向阴燃的相似性较好。实验研究了氧浓度,含湿量对阴燃及其向明火转化的影响,结果表明不同氧浓度下,正向阴燃与逆向阴燃过程有所不同,但随着氧浓度的增大,都最终向明火转化;在逆向阴燃中,材料的含湿量使阴燃最终趋于熄灭。
第三部分对半封闭空间阴燃的模型及向明火的转化进行了研究。为了了解在半封闭空间中阴燃的机制,对水平放置在实验体中的聚氨酯泡沫进行阴燃实验研究,结果表明,在半封闭空间中阴燃反应区域温度低且变化幅度小。根据在此条件下阴燃的特点建立了阴燃区域的模型。分析表明:该模型在未反应区L2中符合的很好,在L1区中除了接近材料末端处的温度外,其余各处误差不大。并且从阴燃转明火的实验研究中发现,在半封闭空间中的阴燃很难形成明火,能否向明火转化主要受氧气浓度的控制。