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(fā)射率是必需的參數。通常根據火焰溫度和發(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,來計算輻射的熱傳遞。火焰溫度和發(fā)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(fā)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(tǒng)的行為類似于由二維傳感器陣列形成的熱通量換能器,并且可以通過指定環(huán)境溫度,相對濕度,距離和所觀察對象的發(fā)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(fā)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(fā)射率。
火焰發(fā)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(fā)射,由于火焰的發(fā)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。
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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)射率,并且相關的消光系數為0.72。
參考文獻
- 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.