引火源能量及位置對固體可燃物著火特性影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、作為固體可燃物燃燒過程的早期階段，熱解及著火直接影響隨后的火焰蔓延和火勢發(fā)展過程。因此，研究固體可燃物的熱解和著火特性對于預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生和控制火勢的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。由于有引火源存在時(shí)著火更容易發(fā)生，而實(shí)際生活中又很難避免引火源的存在，所以研究有引火源情況下的固體可燃物熱解及著火過程顯得更為重要。
　　 固體可燃物的引燃著火耦合了固相熱解和氣相著火兩個(gè)部分，包含了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和物理傳熱傳質(zhì)過程。固體可燃物在熱輻射作

2、用下分解產(chǎn)生可燃性熱解氣體和固體殘留物，熱解氣體與周圍空氣混合形成可燃性預(yù)混氣體，當(dāng)引火源附近的可燃性預(yù)混氣體濃度達(dá)到著火的臨界條件時(shí)，就會產(chǎn)生初始火焰并在合適的條件下擴(kuò)散到固體材料表面形成火焰燃燒。在這個(gè)過程中，引火源為可燃性預(yù)混氣體提供引燃的局部能量，而引火源自身的能量大小及位置將直接對固體可燃物的氣相著火產(chǎn)生影響。國內(nèi)外學(xué)者從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面大量研究了有引火源條件下固體可燃物的熱解和著火特性，但關(guān)注引火源自身對結(jié)果影響的仍然很少，

3、而且前人研究中還曾出現(xiàn)過因引火源位置不同而帶來的矛盾性結(jié)論，因此，研究引火源對著火過程的影響對深入了解氣相著火和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異具有著重要意義。
　　 本文以電火花作為引火源，分別針對引火源的能量和位置展開實(shí)驗(yàn)研究。在合肥、西寧和拉薩三地分別研究了引火源能量對木材著火特性的影響，發(fā)現(xiàn)：在不同海拔高度地區(qū)，隨著引火源能量的增大，著火時(shí)間逐漸縮短，著火時(shí)刻質(zhì)量流率逐漸減小，臨界熱流變小。只是這一趨勢在低海拔地區(qū)即環(huán)境壓力較高時(shí)表現(xiàn)得

4、更為明顯，這主要是因?yàn)樵诟吆０蔚貐^(qū)，環(huán)境壓力較小，固體可燃物內(nèi)部與外界的壓力梯度較大，有利于熱解氣體的釋放，達(dá)到著火所需的可燃下限更容易。
　　 關(guān)于引火源位置對固體可燃物著火特性的影響，本文在多種工況下進(jìn)行了系統(tǒng)而全面的實(shí)驗(yàn)。通過對PMMA水平放置和垂直放置、引火源在多個(gè)方向變化的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：樣件水平放置、引火源位置垂直變化時(shí)，著火時(shí)間隨引火源位置的升高線性增長，著火時(shí)刻質(zhì)量流率則隨著引火源高度的升高先減小后增大，即存在使著

5、火時(shí)刻質(zhì)量流率最小的引火源位置，在實(shí)驗(yàn)的輻射熱流范圍內(nèi)測得這一最小值約為2.4g/m2s;樣件垂直放置、引火源位置在垂直方向變化時(shí)，最短的著火時(shí)間出現(xiàn)在引火源位于樣件上邊緣時(shí)，引火源位置與輻射熱流和固體邊界共同影響著火時(shí)間，在小熱流下，引火源在垂直方向高度的變化對著火時(shí)間的影響表現(xiàn)得更為明顯，此時(shí)測得著火時(shí)刻質(zhì)量流率的最小值約為4.3g/m2s;樣件垂直放置、引火源位置在水平方向變化時(shí)，著火時(shí)間隨距樣件水平距離的增大而增加，這一現(xiàn)象可用