小尺寸PMMA火焰?zhèn)鳠嶙璧K效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、傳熱阻礙現(xiàn)象是火災(zāi)燃燒過程中普遍存在且十分重要的基本物理現(xiàn)象。固體可燃物在燃燒過程中，一旦存在外部輻射（如周邊的火焰），則該外部輻射會(huì)穿過火焰并向材料表面?zhèn)鬟f，而材料表面附近的炭黑以及未燃熱解氣體揮發(fā)分、燃燒產(chǎn)物的混合介質(zhì)層等，會(huì)對(duì)外部輻射產(chǎn)生吸收和散射作用，使得實(shí)際到達(dá)材料表面的輻射熱通量大大減少。在外部輻射熱源的條件下，材料的熱解加速，材料表面的質(zhì)量通量增大，進(jìn)一步加劇了這種效應(yīng)。這種現(xiàn)象即為“火焰?zhèn)鳠嶙璧K”。
　　以往的研究

2、主要集中在對(duì)現(xiàn)象的觀察及熱解過程中的傳熱阻礙，而對(duì)于燃燒過程中的傳熱阻礙效應(yīng)卻研究甚少。本文利用錐形量熱儀開展了小尺寸PMMA的燃燒與熱解實(shí)驗(yàn)，分析了材料厚度、方位以及外加輻射強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)過程的影響;在實(shí)驗(yàn)室模擬了外部輻射作用下的水平燃燒與豎直燃燒實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了燃料表面的熱量輸運(yùn)機(jī)理。
　　本文使用錐形量熱儀研究了樣品厚度對(duì)小尺寸PMMA豎直燃燒過程的影響，隨著樣品厚度的減小，穩(wěn)態(tài)燃燒階段時(shí)長逐漸縮短，而穩(wěn)態(tài)燃燒階段的質(zhì)量損失速率

3、基本不變。在改裝的錐形量熱儀上開展了惰性氣體氛圍下的PMMA熱解實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了外加輻射與樣品方位對(duì)PMMA熱解過程的影響。對(duì)水平、豎直放置的PMMA的穩(wěn)態(tài)熱解階段，質(zhì)量損失速率隨外加輻射熱通量線性增大;熱解氣體對(duì)外加輻射的吸收比例分別為4.9％與0.2‰且該比例不隨外加輻射改變?？紤]了熱解氣體誘發(fā)外加輻射衰減，計(jì)算得到PMMA材料的氣化熱為1.51kJ·g-1。
　　對(duì)外加輻射作用下的水平PMMA燃燒過程，質(zhì)量損失速率與外加輻射

4、熱通量存在較好的線性關(guān)系?；鹧娴母叨日扔谫|(zhì)量損失速率的2/3次方的關(guān)系?；鹧嫘螤顬轭悎A錐，其偏離正圓錐的程度（ψ）是常數(shù)，且不隨外加輻射熱通量改變。當(dāng)燃料的邊長（或直徑）一定時(shí)，類圓錐與正圓錐的體積比正比于ψ。對(duì)于水平燃燒的PMMA，在樣品表面中心處輻射阻礙分?jǐn)?shù)最大，在樣品邊緣處最小。隨著外加輻射熱通量的增強(qiáng)，平均輻射阻礙分?jǐn)?shù)逐漸增大并趨于穩(wěn)定。當(dāng)外部輻射增強(qiáng)，火焰對(duì)樣品表面的對(duì)流傳熱減弱，可能是由于樣品表面與上方蒸氣層之間的溫度梯度

5、減小導(dǎo)致。通過FDS模擬水平PMMA燃燒，隨著外部輻射熱通量的增大，火焰輻射不斷增強(qiáng);當(dāng)外加輻射熱通量增大到一定程度后，火焰輻射的增量與外加輻射熱通量之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。
　　對(duì)于外加輻射作用下的豎直PMMA燃燒過程，質(zhì)量損失速率與外加輻射熱通量也存在較好的線性關(guān)系，傳熱阻礙分?jǐn)?shù)不隨外加輻射熱通量改變。輻射阻礙分?jǐn)?shù)在樣品底部最低，隨著高度的上升而增大?；鹧婧穸仍谳椛渥璧K分?jǐn)?shù)的分布中起到?jīng)Q定性作用。計(jì)算得到的平均輻射阻礙分?jǐn)?shù)隨著外部輻