典型木材表面火蔓延行為及傳熱機理研究.pdf

1、固體可燃物表面火蔓延是森林火災、建筑火災以及工業(yè)火災中普遍存在的燃燒現(xiàn)象，是火災科學研究的一個基礎問題。固體可燃物火蔓延是固相熱解及氣相燃燒化學反應相耦合的過程，這使得控制火蔓延行為的傳熱與傳質(zhì)過程復雜，造成了固體可燃物表面火蔓延過程的諸多方面還沒有被完全認識，因而一直是火災基礎研究的熱點。 本文選用典型碳化固體可燃物木材(泡桐)為研究對象，通過實驗和理論分析對木材表面火蔓延行為、火焰精細結構及火焰附近的流場特征進行了全面系統(tǒng)的

2、研究。 可燃物熱解過程為引發(fā)可燃物著火以及隨后的火蔓延過程提供必要的燃料，對火蔓延過程是否發(fā)生、維持均起著關鍵作用，同時，固體可燃物熱解產(chǎn)物的化學組成對建立科學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氣氛圍中泡桐熱分解過程，求出了泡桐熱解動力學參數(shù)，并分析了不同升溫速率對熱解過程的影響，進而采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對泡桐木在130℃、300℃和550℃熱解溫度下的熱解氣體組成進行了研究，并分析了不同熱解溫度對

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、外加流場等因素對泡桐表面火蔓延行為的影響，得到了不同實驗條件下火蔓延速度、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的結構與變化，提出了表征紋影流場特征的兩個參數(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程中這兩個參數(shù)的變化規(guī)律。用粒子示蹤技術定量測定了試樣表面的流場特征，提出了適合本研究DPIV速度場重建的方法，揭示了火蔓延過程中及火焰發(fā)生突變時試樣表面的流場特征。 用微細熱電偶組對火焰前端氣相中溫度場和試樣表面的溫度變化進行了實驗測量，根據(jù)試驗結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和熱解前鋒位置的傳熱模式，并對試樣內(nèi)部的溫度分布進行了解析