典型木材表面火蔓延行為及傳熱機(jī)理研究.pdf

1、固體可燃物表面火蔓延是森林火災(zāi)、建筑火災(zāi)以及工業(yè)火災(zāi)中普遍存在的燃燒現(xiàn)象，是火災(zāi)科學(xué)研究的一個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題。固體可燃物火蔓延是固相熱解及氣相燃燒化學(xué)反應(yīng)相耦合的過(guò)程，這使得控制火蔓延行為的傳熱與傳質(zhì)過(guò)程復(fù)雜，造成了固體可燃物表面火蔓延過(guò)程的諸多方面還沒(méi)有被完全認(rèn)識(shí)，因而一直是火災(zāi)基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。 本文選用典型碳化固體可燃物木材(泡桐)為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析對(duì)木材表面火蔓延行為、火焰精細(xì)結(jié)構(gòu)及火焰附近的流場(chǎng)特征進(jìn)行了全面系統(tǒng)的

2、研究。 可燃物熱解過(guò)程為引發(fā)可燃物著火以及隨后的火蔓延過(guò)程提供必要的燃料，對(duì)火蔓延過(guò)程是否發(fā)生、維持均起著關(guān)鍵作用，同時(shí)，固體可燃物熱解產(chǎn)物的化學(xué)組成對(duì)建立科學(xué)的火蔓延模型是十分必要的。本文使用熱分析儀研究了空氣氛圍與氮?dú)夥諊信萃岱纸膺^(guò)程，求出了泡桐熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并分析了不同升溫速率對(duì)熱解過(guò)程的影響，進(jìn)而采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)泡桐木在130℃、300℃和550℃熱解溫度下的熱解氣體組成進(jìn)行了研究，并分析了不同熱解溫度對(duì)

3、生成熱解氣體成分的影響規(guī)律。 研究了試樣厚度、寬度以及試樣放置角度、環(huán)境溫度、外加流場(chǎng)等因素對(duì)泡桐表面火蔓延行為的影響，得到了不同實(shí)驗(yàn)條件下火蔓延速度、火焰高度、火焰顏色以及火焰溫度等表征可燃物火蔓延行為的特性參數(shù)，分析了火蔓延速度、火焰突變與表征火蔓延行為的特征參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律。 用紋影儀研究了火焰周圍流場(chǎng)的整體形態(tài)，并用微距鏡頭觀察了試樣表面火焰前端流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)與變化，提出了表征紋影流場(chǎng)特征的兩個(gè)參數(shù)ω與Lp，分

4、析了試樣在不同厚度條件下與表面火焰熄滅過(guò)程中這兩個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律。用粒子示蹤技術(shù)定量測(cè)定了試樣表面的流場(chǎng)特征，提出了適合本研究DPIV速度場(chǎng)重建的方法，揭示了火蔓延過(guò)程中及火焰發(fā)生突變時(shí)試樣表面的流場(chǎng)特征。 用微細(xì)熱電偶組對(duì)火焰前端氣相中溫度場(chǎng)和試樣表面的溫度變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析了可碳化熱厚固體可燃物火蔓延行為差異的主要原因。研究了試樣表面火焰前端的溫度場(chǎng)和熱解前鋒位置的傳熱模式，并對(duì)試樣內(nèi)部的溫度分布進(jìn)行了解析