線性上升熱流下木材熱解過程的溫度分布及炭化速率研究.pdf

1、固體可燃物受熱時，達到一定溫度后會發(fā)生熱解，并生成炭及可燃揮發(fā)分，可燃氣體從固體表面逸出后與環(huán)境中的氧氣混合，當達到點燃的臨界條件時即可點燃形成氣相火焰并開始蔓延。因此在火災發(fā)生的早期，能否準確預測固體可燃物的熱解行為決定了能否較好的模擬火災的發(fā)生和發(fā)展過程。炭化材料燃燒后會留下相當數(shù)量的殘余物，主要是炭，其典型代表是木材。木材是火災中最常見的可燃物之一，能否準確預測木材在火災的發(fā)生和發(fā)展階段的燃燒特性對火災安全設計有著極其重要的作用。

2、 熱輻射是室內火災中熱傳遞的主要方式，并且決定著火災的蔓延和發(fā)展。國內外學者的實驗和模型工作基本都是在外部輻射熱流保持恒定的情況下進行的，而對于通常的室內火災過程，可燃物接受到的輻射熱流隨著火災的發(fā)展而不斷變化，因此，有必要對變化熱流下木材的燃燒特性進行研究。 在前人工作的基礎上，本文研究了木材在變化熱流條件下的熱解，炭化及點燃過程中的現(xiàn)象和規(guī)律，研究工作主要包括以下幾個方面： 利用火災早期特性實驗臺研究了隨時間

3、線性上升輻射熱流下不同種類木材的熱解和點燃過程，分析了熱流變化率及木材密度對點燃時間、表面溫度及內部溫度分布等關鍵參數(shù)的影響。研究表明熱流變化率及木材密度對木材的點燃時間都有很大影響，點燃時間隨著熱流變化率的增加而減小，利用點燃時間和熱流變化率之間的乘冪函數(shù)關系推導得到的變化熱流下木材點燃所需的臨界熱流變化率為0.02kW·m-2·s-1，點燃時間和木材密度之間的線性函數(shù)關系表明，點燃時間隨著密度的增加而增加，這分別是由其外部和內部熱傳

4、遞速率決定的。對于同種木材，其溫升速率隨著熱流變化率的上升而增加，而在相同的外部輻射條件下，密度較小的木材樣品表面附近升溫較快。點燃時刻的表面溫度隨著熱流變化率的上升而降低，而密度對其影響不大，溫度值在340℃-520℃范圍內。 在實驗研究的基礎上，建立了變化熱流下木材熱解的偏微分模型并利用模型進行計算分析。研究了不同熱流變化率下木材的溫度分布，并與實驗結果進行了比較，發(fā)現(xiàn)模型可以較好的預測熱解過程中的溫升。對比了不同熱流條件下

5、木材的溫升過程、吸收相同能量時的表面溫度以及溫度梯度，表明恒定熱流及上升熱流條件下的結果有很大差異，恒定熱流下溫度在初始階段隨時間的上升很快，后期逐漸趨于平緩，而在上升熱流條件下溫度在初始階段隨時間的上升較為緩慢，但在后期其上升趨勢比恒定熱流下更為明顯。分析了熱解模型對木材表面發(fā)射率、導熱系數(shù)、比熱以及炭導熱系數(shù)等輸入?yún)?shù)的敏感度。 最后利用模型的溫度計算結果分析了炭化層厚度隨時間的變化過程，從而研究變化熱流下木材的炭化速率。研