火災(zāi)可燃物熱解動(dòng)力學(xué)及著火特性研究.pdf

1、可燃物的火行為一旦失去控制，將會(huì)發(fā)生災(zāi)害性的燃燒，嚴(yán)重危害人民的生命財(cái)產(chǎn)，火災(zāi)就是一種危害性極大的災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象。可燃物燃燒第一步首先發(fā)生熱解，因此熱解是隨后發(fā)生的著火及火蔓延的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)可燃物的熱解與著火機(jī)理深入分析，是后續(xù)研究控制火蔓延和發(fā)展的關(guān)鍵。 本文首先對(duì)可燃物熱分解研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，從表觀動(dòng)力學(xué)研究、熱解與著火特性研究、熱解模型研究等幾個(gè)方面，分別進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，從試驗(yàn)和理論研究?jī)纱蠓矫鎸?duì)固體可

2、燃物的熱分解與著火特性進(jìn)行研究。研究了可燃物火災(zāi)環(huán)境中的煙氣組成規(guī)律。 利用熱重分析儀(TGA)，選取典型的木材和人造板材為樣品，在不同氣氛下，對(duì)不同種類試樣的熱分解失重動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析比較。深入研究了影響樣品熱重分析試驗(yàn)的幾個(gè)主要參數(shù)：樣品粒徑、試樣量和升溫速率對(duì)可燃物熱解過程的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明在選定的范圍內(nèi)，升溫速率的影響較大，試樣量和粒徑的影響較小。針對(duì)實(shí)際火災(zāi)中可能出現(xiàn)的復(fù)雜環(huán)境變化，進(jìn)行了熱天平模擬實(shí)際火場(chǎng)

3、變工況熱解動(dòng)力學(xué)研究，并對(duì)樣品的熱解動(dòng)力學(xué)特性給出了合理性分析?；谏鲜鲈囼?yàn)研究，本文采用雙組份分階段一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，分別計(jì)算了在空氣和氮?dú)鈨煞N氣氛下固體可燃物的表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)。 在改進(jìn)的火災(zāi)固體可燃物熱解與著火早期特性試驗(yàn)臺(tái)上，選取常用的軟木類木材、硬木類木材和人造板材對(duì)其著火特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)著火時(shí)間、著火表面溫度、最大質(zhì)量損失速率等可燃物的著火特性參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量。從外加輻射熱流強(qiáng)度、木材含水率、木材紋理方向、材料

4、種類差異、外界環(huán)境氣氛等方面對(duì)可燃物熱解與著火特性的影響進(jìn)行了深入研究。試驗(yàn)表明，隨著外加輻射熱流增加，材料的著火時(shí)間縮短，著火表面溫度降低；隨著材料含水率的增加，材料著火時(shí)間明顯延長(zhǎng)；外加輻射熱流垂直于和平行于木材的紋理方向，材料的著火特性也有差異；材料的尺寸尤其是材料的厚度對(duì)著火特性影響也很大，熱薄性材料要比熱厚性材料的著火時(shí)間短。此外，還測(cè)量了不同輻射熱流下，不同材料的煙氣組份隨加熱時(shí)間的變化規(guī)律，探討了表面溫度、質(zhì)量損失速率與煙

5、氣組份之間的內(nèi)在聯(lián)系。 對(duì)火災(zāi)可燃物中典型木材的熱解和著火過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。提出了一個(gè)考慮了固體內(nèi)部瞬間熱傳導(dǎo)、熱解反應(yīng)的熱效應(yīng)以及邊界對(duì)流與輻射熱損失，水分蒸發(fā)等影響的木材熱解模型，采用一階阿累尼烏斯公式來描述模型中可燃物的熱解反應(yīng)過程。通過模型可以預(yù)測(cè)木材熱解過程中其內(nèi)部溫度及表面溫度的變化、材料的失重率和水分變化等一系列影響木材著火的重要特性。利用該模型模擬了不同輻射熱流下不同因素對(duì)木材熱解行為的影響，模型的預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)