典型干杂类可燃物热解与燃烧特性研究

论文摘要

干杂类可燃物在火灾中的热解和燃烧特性还未引起国内外研究者的重视。本文基于这一现状和实际火灾形势，以八角和木耳这两种典型的干杂类固体可燃物为研究对象，围绕它们的热解和燃烧特性，宏微观结合，展开了一系列的实验和数值研究。 热解特性方面，从微观角度展开研究。首先对研究材料进行四种不同升温速率下的热重分析，求取其化学动力学参数，为热解过程的物理建模提供物性参数。通过跟其它常见生物质可燃物活化能的比较，判定研究材料的热稳定性能。同时还考察不同含水率对样品在空气和氮气气氛下热解失重行为的影响。然后，采用顶空-气相色谱，质谱法检测低温范围内样品材料的易挥发性物质，并考察顶空温度、样品形状、含水率对分析结果的影响。接着应用裂解-气相色谱／质谱仪采用双击式两步裂解法研究八角和木耳的热分解特性，主要考察取样部位、裂解温度、含水率以及样品燃烧前后对裂解产物的影响，从微观上探讨干杂类可燃物的热解行为，并对其化学组成以及热解机理进行初步探讨。 燃烧行为方面，从宏观角度展开研究。采用两种最常见的点燃方式，即外部辐射着火和内部受热着火，对材料多角度研究其燃烧特性。外部辐射着火的方式采用符合ISO 5660标准的小型锥形量热计来实现，测量着火时间、热释放速率、质量损失速率及烟密度特性，考察辐射热流大小和材料形态对热释放速率及质量损失速率的影响。通过跟其它常见生物质可燃物有效热释放和平均比消光面积的比较，评价研究材料的火灾危险性。同时对研究材料的热解燃烧过程建立考虑水分影响的偏微分方程物理模型，而且木耳进一步考虑其热解燃烧过程中的剧烈热膨胀因素，从理论上研究材料热解燃烧过程中的质量损失和内部温度分布情况。内部受热着火的方式采用ISO 9705 ROOM来实现，测量包括热释放速率、质量损失速率、房间内温度场、组分浓度等多个参量，发展热释放速率与其它动力学参数的定量关系，同时对该过程进行计算机数值模拟。

论文目录

• 目录
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 典型火灾案例
• §1.3 干杂食品类可燃物
• §1.3.1 木耳
• §1.3.2 八角
• §1.4 本文研究背景
• §1.5 本文研究目标
• §1.6 本文研究内容和技术路线
• 本章参考文献
• 第二章 热解化学动力学分析
• §2.1 引言
• §2.2 热解化学动力学分析
• §2.2.1 热分析方法介绍
• §2.2.2 仪器及实验方法
• §2.2.3 实验结果
• §2.2.4 热解化学动力学分析
• §2.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 热解机理分析
• §3.1 引言
• §3.2 仪器及实验方法
• §3.2.1 实验仪器
• §3.2.2 实验材料
• §3.2.3 实验条件
• §3.2.4 实验方法
• §3.3 HS-GC／MS实验结果
• §3.3.1 顶空温度影响
• §3.3.2 样品形状影响
• §3.3.3 含水率影响
• §3.4 PY-GC／MS实验结果
• §3.4.1 材料取样部位影响
• §3.4.2 裂解温度影响
• §3.4.3 含水率影响
• §3.4.4 未燃样品与已燃样品比较
• §3.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 小尺寸燃烧特性实验及数值模拟研究
• §4.1 引言
• §4.2 小尺寸实验研究
• §4.2.1 锥形量热计介绍
• §4.2.2 实验仪器及材料预处理
• §4.2.3 实验方法
• §4.2.4 实验结果与讨论
• §4.3 数值模拟研究
• §4.3.1 物理模型
• §4.3.2 参数选择
• §4.3.3 计算方法
• §4.3.4 计算结果及分析
• §4.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 全尺寸燃烧行为实验及数值模拟研究
• §5.1 引言
• §5.2 全尺寸实验研究
• §5.2.1 全尺寸多功能热释放速率实验台介绍
• §5.2.2 实验方法
• §5.2.3 实验结果与讨论
• §5.3 数值模拟研究
• §5.3.1 火灾过程的大涡模拟
• §5.3.2 参数设定
• §5.3.3 数值计算结果
• §5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 主要成果和创新处
• 6.3 近一步工作展望
• 攻读学位期间发表的学术论文