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随着我国社会和经济的高速发展,人们的生活越来越离不开油漆的应用,然而溶剂型油漆的生产和使用过程存在极高的环境和火灾安全问题,国内外对挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOC)排放的要求越来越严,因而水性漆作为一种环保材料在工业生产和人们的日常生活中得以广泛应用。但在水性漆使用过程中喷涂性能亟待提高且依然存在火灾危险性问题。因此,进行水性漆液滴的动力学特性以及燃烧特性的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文旨在通过理论分析、数值模拟和实验,研究重力、外部风场和静电场作用下水性漆液滴在空气中的运动特性和铺展特性;研究和揭示外部静电场对单个水性漆液滴的燃烧特性的影响规律;研究有风和无风条件下水性漆池火羽流特征规律,建立水性漆池火燃烧速率、火焰倾角、火焰长度和火焰高度预测模型。本文首先从流体力学和电磁学理论,结合水性漆在汽车喷涂中的实际工艺特点,通过合理的假设,建立水性漆液滴在气流中的运动及触壁后铺展研究的理论模型。然后基于力学分析,建立了池火在无风时的火焰高度模型和在横向风场条件下池火火焰倾角公式,并引入了液滴在静电场中燃烧时静电场对火焰的作用力。其次,基于数值模拟方法和搭建的水性漆池火燃烧实验平台和单个水性漆液滴燃烧实验平台,对不同工况条件下的单个水性漆液滴的运动和触壁后的铺展进行数值模拟,并对水性漆的燃烧进行实验研究。水性漆液滴的运动和触壁后铺展模拟实验结果表明,重力和实验风场对液滴在气流中的运动速度没有影响;在液滴下落的初始阶段,电场对下落速度的影响可以忽略,但随着下落位移的增加电场对液滴下落速度的促进作用开始呈现;液滴下落的触壁时间与静电场的电压之间关系:timpact∝U;当水性漆液滴在平面上铺展的静接触角为100°时,在匀强电场中水性漆液滴的偏心率与电场强度间存在关系:e=K×E;带电水性漆液滴在平面上铺展的最大变形与We1/4成正比:dmax/d0∝We1/4;当液滴在曲面上铺展时无量纲最大铺展直径随着触壁速度的增大而增大,且无量纲最大铺展直径与We1/4的关系:Dmax∝We1/4:液滴在曲面上铺展其变形率与液滴尺寸正相关,而与静接触角反相关。水性漆池火燃烧实验结果表明,无风时水性漆池火燃烧速率随漆池尺寸增大而增大,且两者间关系可表达为:mcalm*=21.62(1-e-0.036.Db);漆池火火焰倾角正切值也随Fr增大而增大,且可表示为:tanθl =1.331Fr0.433 ,而火焰倾角则随通量比的增大而减小,且两者关系为:θt=129.7Rm-0.125;无量纲火焰长度随着横向风场风速的增大而呈总体下降趋势,水性漆池池火无量纲火焰长度与Fr数之间的关系可描述为:lfl*=0.631Fr-0.220;无横向风场条件下,水性漆池火火焰高度均随水性漆池尺寸的增大而增大,且无量纲火焰高度与B2/3关系为:Hfl,ave*=0.52·B2/3,Hfl,max*=0.78·B2/3;在横向风场作用下,水性漆池火燃烧的Hfl下降明显,且存在一个临界的Fr,当Fr数小于该临界值时无量纲平均火焰高度急剧下降,在此阶段时各尺寸水性漆池火焰的无量纲平均火焰高度与Fr关系可表述为Hfl,ave*=0.29-0.093· ln Fr。最后,静电场中单个水性漆液滴燃烧实验表明,在水平静电场中,随着静电场两侧极板间电压的增大,无量纲火焰高度总体呈下降趋势,而无量纲火焰宽度呈增大趋势,无量纲最大火焰高度和宽度与ε1U2/L3间的关系可表述为:Hd,max*= -11.88·ε1U2/ + 13.27 , Wd,max*=4.96· ε1U2/L3 +2.69 ;在垂直静电场中随着静电场上下极板间电压的增大,无量纲火焰高度总体呈下降趋势,且无量纲最大火焰高度与ε1U2/L3间的关系可表述为:Hd,max*=-21.21·ε1U2/L3+10.51。随着静电场场强的增大,单个水性漆液在静电场中燃烧时其内部最高温度总体上呈现出下降的趋势,且最高温度值(Tmax)与|U|之间的关系可以描述为:Tmax=-11.46·|U|+1401.7。