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通過(guò)紅外熱像儀研究森林火災(zāi)燃燒產(chǎn)生的火焰發(fā)射率

熱輻射是造成森林火災(zāi)蔓延以及對(duì)流和傳導(dǎo)的三種熱傳遞類型之一。在大多數(shù)森林火災(zāi)模型中,已經(jīng)考慮了通過(guò)輻射的熱傳遞來(lái)預(yù)測(cè)傳播。在沒(méi)有風(fēng)的情況下,火焰前鋒在均勻的水平燃料床中傳播是主要的機(jī)制。

在森林火災(zāi)傳播的完整理論模型中,與火焰相關(guān)的消光系數(shù)和輻射強(qiáng)度是解決輻射傳遞方程的必要參數(shù)。但是,在簡(jiǎn)化的理論模型中,火焰發(fā)射率是必需的參數(shù)。通常根據(jù)火焰溫度和發(fā)射率,并考慮火焰與火焰前沿之前的燃料之間的視線因數(shù),來(lái)計(jì)算輻射的熱傳遞?;鹧鏈囟群桶l(fā)射率無(wú)法輕易通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估,因?yàn)樯执蠡鹌陂g產(chǎn)生的火焰是異質(zhì)且湍流的。

 

圖為林木燃燒

 

一些研究已經(jīng)使用各種方法來(lái)測(cè)量森林火災(zāi)火焰的發(fā)射率。近年來(lái),在與森林火災(zāi)相關(guān)的應(yīng)用中,紅外熱像儀的使用有所增加。紅外系統(tǒng)的行為類似于由二維傳感器陣列形成的熱通量換能器,并且可以通過(guò)指定環(huán)境溫度,相對(duì)濕度,距離和所觀察對(duì)象的發(fā)射率,將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度。因此,使用紅外熱像儀進(jìn)行定量熱測(cè)量需要對(duì)研究對(duì)象(即森林火災(zāi)應(yīng)用中的火焰或燃燒的燃料床)的發(fā)射率進(jìn)行良好的估算。利用了紅外熱像儀的空間分辨率來(lái)計(jì)算森林燃料火焰的發(fā)射率。

火焰發(fā)射率的概念通常用于解決森林火災(zāi)傳播過(guò)程中的輻射傳熱問(wèn)題。為了表征火焰的發(fā)射,由于火焰的發(fā)射是由變化的半透明體積產(chǎn)生的,因此必須做出一種等效的介質(zhì)假設(shè)。

 

紅外熱成像

圖為紅外熱成像

此處獲得的發(fā)射率值與火焰厚度呈指數(shù)關(guān)系。獲得了兩種不同的消光系數(shù):方法1的消光系數(shù)為0.48,方法2的消光系數(shù)為0.72。火焰的發(fā)射率不受濃度為每千克燃料0.75升稀釋液的長(zhǎng)期阻燃產(chǎn)品的影響。應(yīng)用兩種不同的基于紅外熱成像的方法來(lái)計(jì)算火焰發(fā)射率。準(zhǔn)備了9個(gè)直徑為0.3–2.5 m的圓形燃料床,它們是地中海常見(jiàn)的物種,并作為固定火燃燒。紅外熱像儀兩種方法均觀察到火焰發(fā)射率與火焰厚度之間的指數(shù)相關(guān)性。根據(jù)這項(xiàng)研究的結(jié)果,只有厚于3.2 m的火焰才具有接近黑體(0.9)的發(fā)射率,并且相關(guān)的消光系數(shù)為0.72。

 

參考文獻(xiàn)

  1. A` gueda, E. Pastor, Y. Pe′rez, E. Planas. Experimental study of the emissivity of flames resulting from the combustion of forest fuels. International Journal of Thermal Sciences. 2010.
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