森林腐殖质由阴燃向明火转变的实验研究

发布时间：2020-10-19 08:45

　　 森林是人类的重要自然资源,在人类生存与发展的悠久历史中发挥着独特的作用。然而,近年来,全球气候变暖,干旱频发,使森林火灾的发生也日益频繁,给森林造成了巨大的危害和严重的损失。尤其是森林地下火引发的火灾,因为其具有很大的隐蔽性,不易被发现,潜在危害性很大。森林里有大量的森林腐殖质,很容易发生阴燃,当气候,温度,风速风向等发生一定变化时,森林腐殖质有可能变成明火,形成火灾。因此,研究影响森林腐殖质阴燃向明火转变的因素对预防森林火灾有重要的意义。在发生阴燃前,森林腐殖质会先进入热解阶段,热解过程中产生的可燃性气体有利于阴燃的传播,因此,研究热解的反应机理非常重要。本文分析了在氮气和空气气氛条件下的热解特性,在空气气氛下反应完全,在400-560℃的温度范围内质量损失大。通过Coats-Redfern方程得出在空气气氛下的机理函数为(1-α)-1-1,在氮气气氛下的机理函数为α+(1-α)1n(1-α)。在自主设计的水平实验装置中对森林腐殖质进行阴燃实验,研究风速、氧气含量、阴燃传播方向、热交换条件、腐殖质粒径和含水率对阴燃向明火转变的影响。结果表明:当不改变任何条件时,腐殖质发生的阴燃过程分为吸热升温,自维持传播,降温熄灭三个阶段,该腐殖质具有引燃时间长,峰值温度高,自维持时间长,传播速度慢等特点。当改变上述条件时,结果表明:风速与阴燃的传播速度基本成线性关系,风速越大,阴燃的传播速度越大,转变为明火的时间越短,且临界风速为4m/s。富氧条件下,阴燃温度升高较快,传播速度增大,阴燃易向明火转变。相对于正向阴燃,反向阴燃传播较稳定,不易向明火转变。当外界温度较高时,阴燃易向明火转变,且最高温度值较高。腐殖质的粒径对阴燃向明火转变的影响很小;腐殖质的含水率小于20%时,阴燃能向明火转变,随着含水率的增大,平均最高温度降低,转变为明火时间越短·;含水率大于20%时,阴燃不能向明火转变,且随着含水率的增大导致阴燃不能自维持传播,逐渐熄灭。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S762.1
【部分图文】：

小到最低是国家非常重视、人民普遍关注、迫切需要解决的重大问题之一Ｗ。因此，研??究森林火灾是如何发生的，及时预防才能讲危害降到最低，预防比扑救更有意义。??森林火灾可分为两类：明火造成的火灾和阴燃造成的火灾，如图１－１、图１－２所??示。前者是由可燃物热解后产生的可燃气体与空气接触，发生氧化放热反应，在这一过??程中，会形成肉眼可见的火焰，还伴随浓烟产生。后者是固体燃烧的一种形式，在这一??过程中没有火焰产生，但有烟产生，温度会升高，且阴燃能在一定条件下转变为明火。??通常固体材料的阴燃温度峰值在５００－７５（ＴＣ间，阴燃的传播速度在ｌ－５０ｍｍ／ｈ间网。森林??中常见的松针，枯木，纤维素等都能发生阴燃，但是对森林阴燃火灾影响最大的是由森??林腐殖质或泥炭形成的。这种材料形成的阴燃燃烧时间较长，范围从几天到几月甚至更??长，有不易熄灭、不易被发现、看不到火焰和产生浓烟等特点，对森林

图３－１同步热分析仪??器主要特点：①Ｑ６００采用高可靠性的水平双臂双天平结构，同时测量于单臂梁的设计来讲，其结果漂移更小，重量测试的精度和准确度微量的重量变化（０．１吨）时，测量结果更精确。并且该仪器还可以样品的ＴＧＡ。②Ｑ６００采用经长期实践证明性能最佳的水平吹扫气量的吹扫气体水平流过加热炉体，经过样品和参比盘后，最后流出以通过独立式的Ｉｎｃｏｎｅｌ６００气管进入，保护天平组件，并有效的容易的与质谱仪或红外分析仪联用。此设计保证了更好的基线稳定应，防气体回流，能将分解物质有效带出样品区。③Ｑ６００还提供自动在恒定的升温速率下加热样品，直到失重速率或总失重量超过操作者器便恒定在该温度，直至失重过程寒成。每一次失重过程发生时，都恒温的步骤，从而得到优异的失重分辨率。Ｑ６００可以同时测量重量和转变温度三种信息，并确保样品实验条件的同一性。??验方法??法采用的是热重法（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ），是指在程序控制温度下测

１下实验室时加热炉由室温加热到８０ＣＴＣ，升温速率控制为２０°Ｃ／ｍｉｎ，加热炉通控制流量为】〇〇ｍ?Ｌ／ｍｉｎ。记录腐殖质在加热过程中的热重曲线，如图３－２为腐气气氛下的ＴＧ－ＤＴＧ曲线。左侧纵坐标为腐殖质剩余质量分数，右侧纵坐标质量损失速率。在热解过程中各阶段临界点温度范围及质量损失速率如表３－１示。每个热解阶段的失重率公式为：??Ｗ＝ｍ．?（２－１７７７〇?－?ｍＡ??ｍ！—腐殖质在各热解阶段的初始质量；ｍ２－￣腐殖质在各热解阶段的剩余质量ｍ０—腐殖质在整个热解过程中初始质量；ｍ４—腐殖质在整个热解过程中最终质表３－１腐殖质热解的临界点温度??温度?Ｔ１／°Ｃ?ａｒｃ?Ｔ３／－Ｃ??临界点温度?丨２５?２２５?５５０表３－２腐殖质热解的各阶段的失重率??失重率?Ｗｌ／％?Ｗ２／％?Ｗ３／％??临界点失重率?２．９１４?０．９１０?６．５１８??？?？＞＊??－???????
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 高振强;何芳;尤彦彦;孙鹏;安兵;张永健;;含水率对佛香阴燃速率影响的实验研究[J];消防科学与技术;2015年05期

2 颜聪;谢卫;李跃锋;黄朝章;杨贤林;陈晓东;李巧灵;;卷烟阴燃过程的数值模拟[J];烟草科技;2014年06期

3 钟圣俊;周乐刚;王健;;热表面上粉尘层阴燃的研究[J];燃烧科学与技术;2014年03期

4 杨传明;;营林措施在森林防火工作中的应用[J];黑龙江科技信息;2014年09期

5 莫善军;袁灼新;梁栋;郑方杰;;开敞条件下多孔可燃物阴燃实验研究[J];中山大学学报(自然科学版);2013年04期

6 徐威;姚春玲;;森林防火的必要性及防治措施[J];中国新技术新产品;2013年02期

7 王健;张守玉;郭熙;董爱霞;陈川;熊绍武;房倚天;;平朔煤和生物质共热解实验研究[J];燃料化学学报;2013年01期

8 李强;程旭;姜韬;许中旗;;森林凋落物分解研究进展[J];河北林果研究;2012年04期

9 张世明;李建章;曹华;;扩散条件下褐煤正向阴燃特性的初步研究[J];煤矿现代化;2012年05期

10 何芳;唐秋霞;李永军;闸建文;蔡红珍;柏雪源;;含水率对玉米秸秆粉阴燃过程的影响[J];燃烧科学与技术;2012年05期

相关博士学位论文 前4条

1 杨玖玲;泥炭阴燃及阴燃气体生成规律的实验与机理研究[D];中国科学技术大学;2017年

2 王秋华;森林火灾燃烧过程中的火行为研究[D];中国林业科学研究院;2010年

3 贾宝山;填充床内阴燃传播的数值模拟及阴燃着火—熄火、向明火转捩特性分析[D];大连理工大学;2007年

4 俞自涛;着火前木材传热传质过程的试验和理论研究[D];浙江大学;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 高梦;一维逆向阴燃的数学模型和数值解[D];北京化工大学;2017年

2 刘心竹;中国森林火灾防治效率测度研究[D];北京林业大学;2016年

3 者香;泥炭粒径、含水率和无机物含量对阴燃蔓延速率影响的实验研究[D];中国科学技术大学;2015年

4 李芳;空间条件变化对聚氨酯泡沫阴燃传播的影响研究[D];河南理工大学;2014年

5 周乐刚;可燃粉尘热解动力学及阴燃过程模型研究[D];东北大学;2013年

6 牛丽红;拓扑地形上的林火蔓延模拟[D];中南林业科技大学;2012年

7 王瑞智;扩散条件下巷道中煤层阴燃传播过程及其传播模型的研究[D];内蒙古科技大学;2011年

8 李芳;固态蒸馏制取乙醇的试验研究[D];天津科技大学;2011年

9 廖坚;煤焦颗粒燃烧特性实验和数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 王（韦华）烨;黑龙江省主要草本可燃物燃烧烟气分析[D];东北林业大学;2009年

本文编号：2846991