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通過紅外熱像儀研究森林火災燃燒產生的火焰發射率

熱輻射是造成森林火災蔓延以及對流和傳導的三種熱傳遞類型之一。在大多數森林火災模型中,已經考慮了通過輻射的熱傳遞來預測傳播。在沒有風的情況下,火焰前鋒在均勻的水平燃料床中傳播是主要的機制。

在森林火災傳播的完整理論模型中,與火焰相關的消光系數和輻射強度是解決輻射傳遞方程的必要參數。但是,在簡化的理論模型中,火焰發射率是必需的參數。通常根據火焰溫度和發射率,并考慮火焰與火焰前沿之前的燃料之間的視線因數,來計算輻射的熱傳遞。火焰溫度和發射率無法輕易通過實驗進行評估,因為森林大火期間產生的火焰是異質且湍流的。

 

圖為林木燃燒

 

一些研究已經使用各種方法來測量森林火災火焰的發射率。近年來,在與森林火災相關的應用中,紅外熱像儀的使用有所增加。紅外系統的行為類似于由二維傳感器陣列形成的熱通量換能器,并且可以通過指定環境溫度,相對濕度,距離和所觀察對象的發射率,將傳感器的信號轉換為溫度。因此,使用紅外熱像儀進行定量熱測量需要對研究對象(即森林火災應用中的火焰或燃燒的燃料床)的發射率進行良好的估算。利用了紅外熱像儀的空間分辨率來計算森林燃料火焰的發射率。

火焰發射率的概念通常用于解決森林火災傳播過程中的輻射傳熱問題。為了表征火焰的發射,由于火焰的發射是由變化的半透明體積產生的,因此必須做出一種等效的介質假設。

 

紅外熱成像

圖為紅外熱成像

此處獲得的發射率值與火焰厚度呈指數關系。獲得了兩種不同的消光系數:方法1的消光系數為0.48,方法2的消光系數為0.72。火焰的發射率不受濃度為每千克燃料0.75升稀釋液的長期阻燃產品的影響。應用兩種不同的基于紅外熱成像的方法來計算火焰發射率。準備了9個直徑為0.3–2.5 m的圓形燃料床,它們是地中海常見的物種,并作為固定火燃燒。紅外熱像儀兩種方法均觀察到火焰發射率與火焰厚度之間的指數相關性。根據這項研究的結果,只有厚于3.2 m的火焰才具有接近黑體(0.9)的發射率,并且相關的消光系數為0.72。

 

參考文獻

  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.