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火场木材热解燃烧表观动力学研究

李迎旭  
【摘要】:可燃物热解是火灾事件的先导过程,是引起后续的阴燃、着火、燃烧和火焰蔓延等各种现象的重要因素。因此研究可燃物的热解非常重要。热解研究的长期目标是掌握热解机理,定量研究控制热解速率的参数,并尽可能的了解热解产物的组成。 本文首先综述了火场可燃物热解表观动力学的试验和模型的研究现状。由于目前可燃物的热解过程研究主要集中在氮气气氛下,而实际火场中氧浓度在时间和空间上均为变量,为了更切实地反应实际情况,本文针对性地研究了火场变氧浓度环境下的可燃物的热解燃烧表观动力学,包括试验研究和模型研究。同时还探索了可燃物的热解燃烧机理。 本文通过TG—FTIR联用研究了多种纤维物质的热失重表观动力学特性,定性分析了热解燃烧气体产物的成份。表观热失重研究结果表明,氮气中木材表现为单阶段失重,空气和二氧化碳气氛中均表现为双阶段失重;随着氧浓度的增加木材及其组分的表观热失重的失重率和失重速率逐渐增加;本文从能量供给、挥发分扩散和表观动力学三个方面展开氧浓度影响表观热失重的机理分析。红外热解燃烧气体成分研究表明:硬木在氮气中的热解产物都很相似,包括CO_2,CO,H_2O,CH_4,醋酸(CH_3COOH)等;随着氧浓度的增加,硬木热解气体产物CO_2和CO峰高的相对比值在增加,同时CO_2与CH_4,醋酸的相对峰高也在增加,这些体现了燃烧对热解过程和热解产物成分的影响。 研究了木材和木材半焦的热解燃烧表观动力学模型,提出了“半全局分阶段表观动力学模型”。氮气气氛下的热解采用单阶段一级模型,空气和二氧化碳气氛下采用了双阶段一级模型求解木材的表观动力学参数。并首次深入研究了不同氧浓度条件下的木材的热解燃烧表观动力学模型,均能得到较高的线性相关系数,表明理论模型能较好的描述热解燃烧表观动力学特性。模型研究中发现木材热解燃烧及半焦燃烧的表观活化能与氧浓度成线性关系,并进行了机理分析。


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