微重力 4 微重力固体燃烧试验装置的设计
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目前国内关于煤粉在微重力下的燃烧还局限于单颗粒煤粉，已有空间微重力煤 燃烧研究大多集中于单颗粒煤的燃烧,仅有的煤粉燃烧实验是在球形装置内利 用电阻丝点火进行火焰传播速度的测定, 而不能进行高温下的煤粉着火温度、 燃尽、污染物排放等方面的研究。
谢谢！
RANS LES DNS
气相模型包括连续、 动量、组份和能量方 程
忽略Navier-Stokes方程 体积力中的重力加速
度
固相模型为多步热解 模型
成本低，不受限于 物理条件
气相离散方 程
耦
离散网格点上
合
的数值解
固相离散方 程
煤粉颗粒微重力燃烧的一些研究
自1970年以来，国外的一些学者相继开展了微重力下煤粒的着火和火焰传播特 性试验研究工作。 • 日本的Katalambula等研究了微重力下（10^-3g）煤颗粒大小(0.8mm、1mm、
微重力环境下的固体燃烧
Hale Waihona Puke 目录➢ 微重力固体燃烧研究问题及意义 ➢ 微重力环境下固体燃烧研究方法 ➢ 煤粉微重力燃烧的一些研究
研究问题
➢ 火焰形态； ➢ 火焰亮度和温度； ➢ 火焰传播速度； ➢ 燃烧速率； ➢ 火焰周围流场； ➢ 烟黑形成。 ➢ 材料的可燃极限：在一定氧气浓度下能够维持材料燃烧
的极限气流速度。以及气流速度一定时能够维持材料燃 烧的极限氧气浓度。 这些固体燃烧火焰特性参数受重力水平的影响；探讨影响 这些特性的本质因素，校核煤燃烧模型；为高效率燃烧， 低污染燃烧提供依据，此外，研究低重力火灾复杂性，为 航天器防火提供依据。
1.2mm)，挥发份含量（26.6wt%、32.5wt%、40.2wt%）以及加热速率以及颗 粒形状对于煤颗粒着火的影响。 • Gieras在研究微重力下煤粉颗粒群的着火特性时发现，无烟煤（5%VM）是异 相着火，烟煤（24%VM）是联合着火，而褐煤（48%VM)是均相着火。对于挥 发分含量不同的煤，着火和燃烧过程之间存在较大的差别，应该分别处理。 • Wendt等对球状、柱状和片状煤颗粒的微重力着火实验发现，挥发分释放时 间和均相着火时间都随比表面积的减少而增大，但两者之间有一定差别，而 多相着火时间与均相着火时间的变化趋势正好相反，可见，用形状因子来描 述颗粒着火特性是不够的，这有待进一步的研究。 • 中国的微重力煤燃烧研究近期才逐步开展, 2007年,清华大学利用中国科学 院国家微重力实验室的3.6落塔，率先开展了微重力下单颗粒煤的着火研究。
• 地基实验研究方法：水平窄通道实验平台，这种实验方法 模拟微重力环境的机理，在一定进气流速下（较低），小 实验尺寸能够有效抑制重力引起的自然对流。
目前这种方法还不成熟，水平 窄通道能够有效模拟微重力环 境的适用条件有待进一步研究， 如环境气氛，强迫气流速度， 通道几何高度。
研究方法
• 数值模拟方法
研究方法
实验研究方法 数值计算方法
研究方法
• 航天器内直接进行实验研究，空间煤粉燃烧实验装置，实 验极少，设计基本原则：避免使用直接或间接利用重力进 行测量的仪器，如热重天平；
研究方法
• 地基实验研究：利用落丼或落塔，慢回转器，高空气球释 放的自由下落物体，作抛物线飞行的飞机等实验平台
研究方法
谢谢！
RANS LES DNS
气相模型包括连续、 动量、组份和能量方 程
忽略Navier-Stokes方程 体积力中的重力加速
度
固相模型为多步热解 模型
成本低，不受限于 物理条件
气相离散方 程
耦
离散网格点上
合
的数值解
固相离散方 程
煤粉颗粒微重力燃烧的一些研究
自1970年以来，国外的一些学者相继开展了微重力下煤粒的着火和火焰传播特 性试验研究工作。 • 日本的Katalambula等研究了微重力下（10^-3g）煤颗粒大小(0.8mm、1mm、
微重力环境下的固体燃烧
Hale Waihona Puke 目录➢ 微重力固体燃烧研究问题及意义 ➢ 微重力环境下固体燃烧研究方法 ➢ 煤粉微重力燃烧的一些研究
研究问题
➢ 火焰形态； ➢ 火焰亮度和温度； ➢ 火焰传播速度； ➢ 燃烧速率； ➢ 火焰周围流场； ➢ 烟黑形成。 ➢ 材料的可燃极限：在一定氧气浓度下能够维持材料燃烧
的极限气流速度。以及气流速度一定时能够维持材料燃 烧的极限氧气浓度。 这些固体燃烧火焰特性参数受重力水平的影响；探讨影响 这些特性的本质因素，校核煤燃烧模型；为高效率燃烧， 低污染燃烧提供依据，此外，研究低重力火灾复杂性，为 航天器防火提供依据。
1.2mm)，挥发份含量（26.6wt%、32.5wt%、40.2wt%）以及加热速率以及颗 粒形状对于煤颗粒着火的影响。 • Gieras在研究微重力下煤粉颗粒群的着火特性时发现，无烟煤（5%VM）是异 相着火，烟煤（24%VM）是联合着火，而褐煤（48%VM)是均相着火。对于挥 发分含量不同的煤，着火和燃烧过程之间存在较大的差别，应该分别处理。 • Wendt等对球状、柱状和片状煤颗粒的微重力着火实验发现，挥发分释放时 间和均相着火时间都随比表面积的减少而增大，但两者之间有一定差别，而 多相着火时间与均相着火时间的变化趋势正好相反，可见，用形状因子来描 述颗粒着火特性是不够的，这有待进一步的研究。 • 中国的微重力煤燃烧研究近期才逐步开展, 2007年,清华大学利用中国科学 院国家微重力实验室的3.6落塔，率先开展了微重力下单颗粒煤的着火研究。
• 地基实验研究方法：水平窄通道实验平台，这种实验方法 模拟微重力环境的机理，在一定进气流速下（较低），小 实验尺寸能够有效抑制重力引起的自然对流。
目前这种方法还不成熟，水平 窄通道能够有效模拟微重力环 境的适用条件有待进一步研究， 如环境气氛，强迫气流速度， 通道几何高度。
研究方法
• 数值模拟方法
研究方法
实验研究方法 数值计算方法
研究方法
• 航天器内直接进行实验研究，空间煤粉燃烧实验装置，实 验极少，设计基本原则：避免使用直接或间接利用重力进 行测量的仪器，如热重天平；
研究方法
• 地基实验研究：利用落丼或落塔，慢回转器，高空气球释 放的自由下落物体，作抛物线飞行的飞机等实验平台
研究方法