辐射方向对木材引燃特性影响实验研究

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1、中国工程热物理学会燃烧学学术会议论文编号：094025辐射方向对木材引燃特性影响实验研究郄军芳杨立中*王亚飞戴佳昆（中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026）（联系电话：0551-3606416，E-mail：yanglz@ustc.edu.cn）摘要：在有点火源的条件下，对榆木在两种不同辐射方向下的热解和着火特性进行了研究，测定了不同外加热辐射强度、不同辐射方向下榆木的着火时间、表面温度、质量损失的变化规律。实验结果表明，榆木在竖直方向辐射下较水平辐射更容易着火，临界热流更小，着火表面温度更高，质量损失速率更小。关键词：热辐射，辐

2、射方向，引燃，热解特性，着火特性1引言木材由于其实用性和可加工性，作为建筑中的装潢材料而被广泛应用，但是木材作为易燃材料，一旦被点燃将引起建筑火灾，它在火灾中的行为即火势的发展以及火焰的蔓延对建筑火灾的发展起到很重要的作用，而热解和着火作为火灾发生的早期阶段，对于随后的火势发展和火焰蔓延起着至关重要的作用，因此，研究木材的热解和着火特性对于预防和控制火灾的发生和发展有着非常重要的意义。国内外学者已经对木材的热解和着火特性进行了大量的实验和理论研究，主要从理论模型、着火时间、质量损失速率、着火时刻表面温度、临界热流等几个方面进行了研究。Babraus

3、kas[1]对木材的着火进行了详细的综述，就热辐射下木材的着火温度、着火模型、着火时间、临界热流及其他情况下的各种着火特性作了介绍，总结了各种着火判据及理论计算公式，将着火分成两种方式，即一是有点火源的情况，二是无点火源的情况。D.L.Smiss[2]对热辐射下木材的火焰点火着火进行了研究，指出引燃方式有两种，一是火焰与受热面接触，火焰从与木材接触的点向整个平面蔓延；二是火焰不与受热面接触。且指出引燃着火时间不仅与木材密度和外界辐射强度有关，在一定辐射强度下，也与点火火焰的位置和尺寸有关。沈德魁等[3]提到影响木材热解和着火过程的因素可以分为内在因

4、素与外在因素两类，其中外部因素包括木材暴露面积、辐射热源的均匀性、辐射热流、气体流动以及气相区的总体压力等；而内部因素包括含水率、纹理方向、表面吸收率、热物性参数(如导热系数、比热容等)、热透性以及空隙率等。HiroshiGotoda等人[4,5]对激光下样件方向对薄聚乙烯（异丁烯酸甲脂）的非引燃着火进行了理论和实验分析，样件方向以15º为间隔从-90º到90º旋转，对各方向下样件不同深度处的着火延迟时间、火焰行为等进行了研究。Atreya等人[6]对辐射方向对木材引燃及火焰传播的影响进行了研究，对比了水平辐射和垂直辐射条件下的点火时刻表面温度及着

5、火时间，指出两种辐射情况下的实验结果差别不大。虽然对火灾中木材的热解和着火特性进行了很多研究，大多都是在单一辐射方向下基金项目：本文受国家自然科学基金重点项目资助（资助号：50536030）进行的，但实际火灾中木材受辐射的方向是复杂的，很少有人系统地研究其对木材热解和着火特性的影响，本文则主要从实验角度研究有点火源条件下辐射热流和辐射方向（垂直辐射和水平辐射）对木材热解和着火特性的影响。实验中测定了着火过程的特性参数，如着火时间、表面温度、样件质量，着重研究了两种辐射方向下木块的热解和着火过程中着火时间、表面温度的变化、相对质量的变化的差异。另外，

6、根据实验数据得到两种辐射方向下木材着火的临界热流。2实验说明实验采用的可燃物为榆木，样件的尺寸为4.5cm×4.5cm×2cm，由于火灾中主要的热传导方式是辐射，所以实验中采用硅碳棒作为辐射源对样件表面进行均匀的热辐射加热，热流平行于榆木的纹理方向入射，对受热面在垂直辐射和水平辐射的两种情况下进行了实验，如图1。为了简化为一维传热问题，实验中保证木块上只有一个表面受到均匀的热辐射，使其它表面达到近似的绝热状态。方法是，在耐火砖中央设计一个样件大小的长方体槽放置木块，耐火砖除槽口外的上表面及侧面包裹一层耐火纤维布及一层铝箔以减少侧面受到的热辐射，实验

7、时木块的底面及侧面也包裹一层耐火纤维布以减少底面和侧面的热传导。实验中采用一电火花作为点火装置，电火花布置在木块表面上1-2cm处的位置。辐射源a)垂直辐射1图1实验安装的图例说明b)水平辐射1辐射源2根热电偶安装在木块表面的中心区域，对木块热解和着火过程的温度变化进行同步测定，如果这2根热电偶的温度相差较大则这次实验重做，如果相差较小取2根热电偶的平均温度作为输出结果，另外，在实验中记录了木块在两种辐射方向下的着火时间（着火时间是指从开始热辐射到样件表面出现气相火焰之间的时间）和质量变化。为了保证实验的准确性和可靠性,相同条件（同一辐射方向、辐射

8、热流）下的实验重复两次，如果两次结果相差很大，则进行第三次试验，直到连续两次试验结果相差较小，则取两次试验结果的平均值作为