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火灾是在时间或空间上失去控制蔓延的一种灾害性燃烧现象,通常包括森林、建筑、油类等火灾。而固体可燃物表面火蔓延则是森林火灾、建筑火灾研究和火灾安全设计中需要着重考虑的目标。由于固体可燃物表面火蔓延是一个复杂的传热与传质过程,其中既包括固相热解过程还包括气相燃烧过程,同时还受到多种因素的影响,如材料自身的物理化学性质,材料的放置角度,环境的氧浓度和火灾中的强辐射环境等,这使得固体可燃物表面火蔓延过程仍然有待进一步认识。
在本研究中,设计和建立了多参数耦合作用下火蔓延实验台,该实验台能同时改变来流速率、来流氧含量、试样放置角度和外部辐射强度等参数,并且燃料可以为固体、液体或者油砂。
利用多参数火蔓延实验台,选择了典型碳化固体可燃物材料—白木作为研究对象,对其处于不同放置角度、不同环境氧浓度和不同外部辐射条件下火蔓延的行为特性进行了单一参数影响和多参数影响的实验研究。
在进行单一因素对白木火蔓延行为特性影响的实验中,对不同放置角度下,测量了火蔓延速率,分析了火蔓延速率与放置角度之间的关系,实验发现随着角度的变化,火蔓延速率存在着熄灭区、稳定燃烧区、加速燃烧区和快速燃烧区;对于不同环境氧浓度,测量了水平蔓延时试样表面上方的温度场和火蔓延速率,得到了火蔓延速率、火焰最高温度以及试样表面上方温度场随环境氧浓度变化的规律:对于不同外部辐射强度,初步研究了在水平燃烧初期未发生加速燃烧时火蔓延速率与外部辐射强度的关系。
在进行多因素对白木火蔓延行为特性影响的实验中,对不同放置角度和不同环境氧浓度综合作用,以及不同氧浓度和不同外部辐射条件综合作用下的火蔓延行为特性进行综合分析,分别给出了白木在不同角度和不同环境氧浓度以及不同环境氧浓度和不同外部辐射条件综合影响下的火蔓延速率变化规律。