1、森林植被或建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)燃燒、亦或是高壓電線與樹木的相互作用會(huì)產(chǎn)生木質(zhì)飛火顆粒，還有煙花燃放（燃燒的微小顆粒）、電焊操作（高溫不燃燒的熱顆粒）、工業(yè)磨削或高壓電線碰撞等會(huì)產(chǎn)生高溫金屬顆粒，均可在外界火焰流場(chǎng)及環(huán)境風(fēng)作用下，運(yùn)動(dòng)到其源頭之外相對(duì)遠(yuǎn)的區(qū)域，形成新的點(diǎn)火源，點(diǎn)燃森林可燃物、建筑屋頂?shù)冉ㄖ獠坎牧匣蚪ㄖ饬⒚姹夭牧系?，?dǎo)致新的火災(zāi)事故或加速跳躍式火勢(shì)蔓延。此類火災(zāi)現(xiàn)象稱為飛火。飛火是大尺度森林火災(zāi)及森林-城鎮(zhèn)交界域火災(zāi)中常見的火

2、災(zāi)現(xiàn)象，飛火顆粒點(diǎn)燃森林可燃物或建筑結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致森林大火及森林-城鎮(zhèn)交界域大火發(fā)生的重要潛在蔓延途徑。
　　與大量研究的傳統(tǒng)火蔓延（直接明火接觸點(diǎn)燃和火焰輻射點(diǎn)燃）相比，飛火顆粒點(diǎn)燃森林可燃物或建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)燃方式有很大不同，因此亟需研究飛火顆粒的點(diǎn)燃過程進(jìn)而填補(bǔ)該研究領(lǐng)域的空白。本論文研究目的是認(rèn)識(shí)高溫飛火顆粒點(diǎn)燃建筑外立面保溫材料和森林可燃物的基本點(diǎn)燃過程，并建立物理模型揭示其點(diǎn)燃現(xiàn)象及機(jī)理。
　　本文的具體工作如下:

3、>　　采用非等溫?zé)嶂睾筒钍綊呙枇繜岱?，研究低密度建筑外墻保溫材料的點(diǎn)燃及燃燒過程中的熱解動(dòng)力學(xué)特性?；诠腆w材料的熱解失重曲線，采用等轉(zhuǎn)化率方法和模式函數(shù)法，研究了典型建筑保溫材料在空氣氣氛條件下的熱解動(dòng)力學(xué)規(guī)律，并通過DSC曲線獲得了各個(gè)熱解失重階段的放熱量?；谏鲜鰺峤鈩?dòng)力學(xué)研究獲得的聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫氧化熱解階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及反應(yīng)放熱量，結(jié)合經(jīng)典熱點(diǎn)理論，分別以氧化鋁顆粒和金屬鎂顆粒為例，建立了高溫顆粒點(diǎn)燃聚氨酯泡沫和聚苯乙

4、烯泡沫的臨界條件，模型初步預(yù)測(cè)了理想情況下熱顆粒對(duì)保溫材料的點(diǎn)燃規(guī)律。
　　為深入研究熱顆粒的點(diǎn)燃行為，我們建立了熱顆粒點(diǎn)燃保溫材料的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)研究了惰性金屬熱顆粒(直徑6mm至14mm，溫度900℃至1100℃)點(diǎn)燃低密度聚苯乙烯泡沫（18或27kg/m3）的過程。實(shí)驗(yàn)研究表明:熱顆粒對(duì)聚苯乙烯泡沫的點(diǎn)燃過程僅發(fā)生于顆粒在材料表面的滾動(dòng)過程及顆粒在材料表面滾動(dòng)停止且未完全進(jìn)入燃料床的時(shí)間間隔內(nèi)。金屬熱顆粒對(duì)低密度聚苯乙烯泡沫

5、的臨界點(diǎn)燃溫度與臨界顆粒尺寸呈現(xiàn)雙曲線關(guān)系，即顆粒直徑從6mm升高至14mm時(shí)，臨界點(diǎn)燃溫度將從1030℃降至935℃。與文獻(xiàn)中高密度森林可燃物對(duì)比發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯泡沫的臨界點(diǎn)燃溫度較高，且點(diǎn)燃轉(zhuǎn)變區(qū)域較窄，導(dǎo)致熱顆粒點(diǎn)燃對(duì)顆粒尺寸呈現(xiàn)弱的依賴關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燃料床的密度和厚度對(duì)點(diǎn)燃概率和質(zhì)量損失速率的影響較弱。理論分析表明，熱顆粒在聚苯乙烯泡沫的點(diǎn)燃過程中不僅充當(dāng)加熱源的作用，而且充當(dāng)先導(dǎo)點(diǎn)燃源的作用;熱顆粒對(duì)聚苯乙烯泡沫的點(diǎn)燃過程

6、是材料熱解氣和周圍空氣的混合時(shí)間與顆粒在材料表面的滯止時(shí)間相互競爭作用的結(jié)果。
　　基于熱顆粒點(diǎn)燃保溫材料的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們建立了描述熱顆粒點(diǎn)燃聚苯乙烯泡沫的氣相點(diǎn)燃數(shù)值模型，該模型耦合固相熱解反應(yīng)、氣相化學(xué)反應(yīng)及可燃熱解混合氣的自然對(duì)流作用。數(shù)值模型獲得了不點(diǎn)燃、不穩(wěn)定點(diǎn)燃及穩(wěn)定點(diǎn)燃三種點(diǎn)燃機(jī)制。數(shù)值模型可以較好地預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)獲得的熱顆粒點(diǎn)燃的臨界條件。
　　鑒于建筑外立面保溫材料和森林可燃物的熱解、燃燒特性的差異，通過改造熱顆

7、粒點(diǎn)燃的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)操作，研究在環(huán)境風(fēng)(0～4m/s)作用下，惰性金屬熱顆粒（直徑6mm至14mm，溫度600℃至1100℃）對(duì)不同含水率的松針燃料床（6％至35％）的點(diǎn)燃過程。研究主要關(guān)注和討論熱顆粒直接明火點(diǎn)燃、陰燃點(diǎn)燃、陰燃向明火轉(zhuǎn)變的點(diǎn)燃過程。持續(xù)點(diǎn)燃的臨界顆粒溫度(Tp，ctr=1800(1+4FMC)/d+500[℃]關(guān)系式）隨顆粒尺寸的降低和燃料床含水率的增加而減小，熱顆粒的最大加熱效率近似ηsp=10％。隨著

8、熱顆粒尺寸的增加，燃料床含水率的影響會(huì)變?nèi)酢?shí)驗(yàn)測(cè)量了金屬熱顆粒對(duì)松針燃料床的兩種明火點(diǎn)燃時(shí)間。該時(shí)間隨顆粒尺寸和風(fēng)速的增加而減小，隨燃料床含水率的增加而增加。理論分析解釋了臨界點(diǎn)燃條件、點(diǎn)燃延滯時(shí)間以及直接點(diǎn)燃與陰燃之間的關(guān)系。理論分析也表明:在快速的熱顆粒直接明火點(diǎn)燃過程中，熱顆粒不僅充當(dāng)加熱源的作用，而且充當(dāng)先導(dǎo)點(diǎn)燃源的作用。而在陰燃點(diǎn)燃和陰燃向明火的轉(zhuǎn)變過程中，熱顆粒僅充當(dāng)加熱源的作用，明火點(diǎn)燃的轉(zhuǎn)變過程是易燃混合氣體的自發(fā)點(diǎn)燃