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中文摘要
了解固体可燃物在高辐射通量下的响应对于预测极端情况下的热毁伤至关重要。与常规碳氢化合物火焰中更温和的辐射通量不同，强烈爆炸、集中阳光和定向能等极端事件会产生MW/m²级别的动态辐射通量，对材料造成独特的威胁。本研究通过实验和数值方法研究了瓦楞纸板在10厘米动态高辐射通量（范围：0.2—1.25 MW/m²，持续10 s）下的热解和自发点火行为。记录并量化了动态高辐射通量下的自发点火过程。在临界辐射通量为0.4 MW/m²时，发现了两种点火模式，分别是热气体自发点火和热残留引导点火。后者由于发生概率极小，不作为本文的重点。研究表明，通量强度的增加导致热解和点火延迟时间缩短，点火能量密度降低，同时临界质量通量和点火瞬间的表面温度相应上升。尽管一些分歧可能归因于模型简化和参数假设，但模拟结果通常与实验结果一致。这项工作有助于更深入地了解极端辐射下的材料行为，对消防安全和危害评估具有重要意义。
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原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.05.010
主要结论
本研究通过综合实验观察结果和模拟数据，增进了我们对暴露于动态高辐射通量（峰值：0.2—1.25 MW/m²）的瓦楞纸板的热解和自发点火行为的认识。结论概述如下：
1）在实验过程中，材料经历了不同的阶段：水分蒸发、热解（炭化和发光）、自发点火，最终在0.6–1.25 MW/m²的情况下实现自持燃烧。此外，在0.4 MW/m²的临界辐射通量下确定了两种点火模式：上层烟羽热气导致的自发点火和纸板表面热残留物导致的引发点火。
2）随着通量强度的增加，热解和点火延迟时间以及点火能量密度降低。值得注意的是，可燃气体的混合时间在极端辐射点火中起着重要作用。点火瞬间的临界质量通量随着辐射通量的增加而增大，其值大大超过了典型着火条件下的临界质量通量。同时，点火瞬间的表面温度也随着辐射通量的增加而增加，而热解和发光温度几乎保持稳定。
3）模拟结果与实验结果大致一致。首次探索了极端情景下的气相高温分布。追踪了固体表面附近流场中的涡流，并证明了其对燃烧行为的影响。
4）在目前的动态高辐射研究中，讨论了几种常用的点火标准（如表面温度、临界质量通量和临界热通量）对固体可燃物的适用性。良好的模拟结果证明，临界HRRPUV（局部反应速率）在自发点火的数值模拟中更加合理，因为它考虑了气相的化学动力学参数。
未来的研究应以将这些发现扩展到更广泛的材料和条件为目标。通过准确定义热性能和热解参数，结合可燃物几何形状和内部结构的详细表示来改进数值模拟，可以提高在不同高热通量下点火的预测精度。此外，为了降低实验成本，气相动力学和化学动力学建模的发展对于扩大模拟在更多场景中的适用性至关重要。
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编辑：陈微，曹文丽
审核：田丽
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简介
《Defence Technology》是由中国兵工学会主办的科技类综合性学术期刊，目前已被SCI、EI、Scopus、中国科技核心期刊数据库、中国引文数据库核心版和瑞典开放获取指南等多家数据库收录，期刊主要发表基础理论、应用科学和工程技术领域高水平原创性学术论文，包括理论研究、数值模拟和实验研究类文章。
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