森林腐殖质热解与阴燃规律实验研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:liongliong433
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近年来,受全球变暖等异常气候影响,森林火灾发生频繁,特别是受异常干旱天气的影响,持续干旱、少雨的极端气候事件频繁发生,森林地下火灾次数明显上升。森林地下火的本质是地表下腐殖质层和泥炭层的阴燃燃烧。尤其近几年,由于腐殖质阴燃造成的森林火灾更是频发,而且阴燃燃烧地表风速影响很小,可自由缓慢的蔓延,一般很难发现明火,具有隐蔽性强、方向易变、燃烧不连续等特点,扑救工作具有很大的困难性。因此,研究森林腐殖质的阴燃规律,有利于了解地下火本质,了解地下火突变情况和条件,为扑救森林地下火做好有利的策略准备。热解是阴燃发生前的重要阶段,通过进行森林腐殖质在空气和氮气氛围下的热解实验,可以了解腐殖质的热解特性,获得热动力学参数。实验结果如下:在氮气气氛下和在空气气氛下的机理函数均为(7)(8)(7)1ln1--(10)???(8)。氮气气氛下的拟合曲线y=-16.34-1641.45x;空气气氛下的拟合曲线y=-15.18-1438.26x,氮气和空气气氛下试样的活化能分别为13.64KJ/mol,11.95KJ/mol;频率因子分别为3.88×103min-1和8.80×103min-1。进行森林腐殖质的阴燃实验有助于了解森林腐殖质自身的阴燃规律。通过实验,得到的实验结果为:腐殖质的整个阴燃过程吸热升温阶段、自维持传播阶段和降温至熄灭阶段。在整个过程中腐殖质的引燃时间、燃烧时间、高温维持时间都较长,温度也较高,但蔓延速度较慢。含水率会显著影响物料内部热量和质量传递,从而影响燃烧持续时间和物料内部温度。粒径会显著影响物料的堆积密度,物料内部孔隙结构,从而影响阴燃反应速率、燃烧持续时间、物料内部温度和产生的气体浓度等。因此,本实验分别研究了4种含水率(0、10%、20%、30%)和粒径(20-40目、40-60目、60-80目、80-100目)对红松腐殖质阴燃传播的影响,实验结果如下:不同含水率腐殖质阴燃的温度变化大致相同,即呈现出先升高后下降的趋势。随着含水率的升高,腐殖质阴燃过程中的峰值温度和阴燃平均传播速度都会下降。阴燃传播速度随着燃烧的推进也会减慢。而含水率对腐殖质阴燃过程中的质量变化影响不显著。不同粒径腐殖质的阴燃温度变化趋势具有相似性。随着粒径的减小,腐殖质在阴燃过程中的峰值温度会升高。但粒径对腐殖质阴燃平均传播速度和阴燃分段传播速度的影响不明显,而随着燃烧深度的加深,阴燃传播速度会而减慢。粒径对腐殖质在阴燃过程的质量变化影响也比较小。
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