重力水平的改变使扩散火焰具有不同的特征,微重力和弱浮力等特殊环境下火焰传播机理与正常重力条件下有着明显的不一样。研究这些特征机理对于认识燃烧基本规律,发展燃烧学基本原理都具有重要的意义。本文以沿薄固体燃料表面传播的扩散火焰和蜡烛火焰为研究对象,对微重力环境中的扩散火焰和蜡烛火焰特征进行了数值模拟分析以及实验数据分析,得出了一些燃烧机理的结论。 论文的第一章对微重力科学以及微重力燃烧科学发展概况及其意义进行了介绍。对微重力燃烧的三个方向——液滴燃烧、火焰沿固体表面传播和蜡烛燃烧进行了介绍。最后提出了本论文的研究方向。 论文第二章介绍了进行微重力燃烧数值计算的一些方法以及实验研究装置。第一节从化学平衡方程、能量守恒方程和动量守恒方程中提出了燃烧过程的通用方程;第二节介绍了用离散化的方法来求解微分方程的方法;第三节介绍了目前进行微重力燃烧实验的四大类装置。 论文第三章对在微重力环境下火焰传播进行了数值研究,建立了固体纤维素燃料热降解理论模型和火焰沿薄的纤维素固体表面传播理论模型。第二节中建立了纤维素的三个热降解模型——纤维素吸热分解;纤维素放热分解以及焦碳放热分解。并用阿累尼乌斯(Arrhenius)公式近似地表示了三个热降解的反应速率。第三节采用数值模拟的方法研究了静止微重力环境下热薄固体燃料表面火焰传播机理。着重研究了表面辐射热损失、环境压力对火焰传播特性的影响。结果表明,在静止微重力环境中,表面辐射热损失对燃料表面火焰传播特性有明显的影响。随着表面辐射增大,火焰传播速度减小。在考虑表面辐射后,随着压力的增大,火焰传播速度增大,这与微重力环境下火焰传播的实验结果是一致的。火焰峰值温度随着表面辐射增大而下降,火焰结构明显受表面辐射的影响。这些数值模拟结果进一步阐明了微重力环境下的火焰传播机理。 本文第四章针对微重力蜡烛火焰的形状特征和温度特征开展了研究工作。用Simple算法对微重力蜡烛火焰进行了数值模拟,建立了数学模型。第四节讨论了蜡烛火焰的结构以及蜡烛火焰的温度。自然对流的消失是微重力蜡烛火焰成半球形和球形的原因;蜡烛火焰温度显著降低是微重力环境中蜡烛火焰呈蓝色的原因。同时,讨论了辐射热损失和空气流动以及氧浓度对火焰的影响。 本文第五章对实验数据进行了分析与讨论。对微重力条件下稳态的纤维素固相温度以及固体扩散火焰传播的实验结果进行了分析。对在作抛物线飞行过程中的蜡烛火