第四节 森林 燃烧的物理过程.ppt

1、第四节 森林燃烧的物理过程,三、对流柱结构与特点,一、热量传播方式,二、火焰结构特点,森林燃烧后火就会向四周不断扩展和蔓延，这与热量传播方式密切相关。在不同物体或同物体的不同部分之间发生热量传播，这是因为它们之间存在着温度差。温度差是产生热量传播的推动力。,一、热量传播方式,热量传播方式有三种，即热对流、热辐射和热传导,1热对流,热量从一处传递到另一处，伴随着物质发生移动或混合的现象，称为热对流,林火发生后，由于热空气比冷空气轻，燃烧的热空气就会向上运动，周围的冷空气不断向燃烧区补充，这样便产生由下向上的空气对流，空气对流将热量由地面带到空中，形成对流传热方式。通常表现为一升起的烟柱，即对流柱

2、。,对流柱在强风的作用下，常会使常绿针叶幼林或复层针叶林的地表火转变为树冠火或火炬火,由于对流柱将燃烧的碎片带到高空，高空风又会把这些燃烧物吹到火头前方的非燃烧区，形成新的火源，即造成飞火现象。,2、热辐射,热量以电磁波的形式向各个方向进行直线传播的热传播方式称为热辐射,温度越高，热辐射就越大。即燃烧越决，辐射传热就越强烈。,热辐射还受时间、距离影响，时间越长，距离越短，则物体接受的辐射热量就越多。,3、热传导,热量从物体的高温一端传递到低温的另一端，或者从一高温物体传递到与之接触的低温物体的热传播方式称为热传导。,热传导是物质内部传热方式。各物质内部传热的快慢，取决于物质的性质，即导热系数的

3、大小，导热系数大，传热就快，否则就慢。此外，热传导还受温度梯度、传递热量面积、传递时间有关。,大枝桠的燃烧速度较小枝桠慢，持续时间也长。这种热的传播方式形成的火灾一般不容易扑灭。例如，地下火就是依靠热传导传递热量而蔓延的，温度高，不易扑灭。,。,热对流与热辐射所传递的热能， 主要是将火焰前方或上方的可燃物进行预热， 是外部传热方式,而热传导则是可燃物内部的传热方式,在野外火场中，热量的传播常常以热辐射与热对流两种形式同时进行,可燃物上方发光发热体所占据的空间范围称为火焰、俗称火苗。这是有焰燃烧的基本特征,二、火焰结构特点,森林可燃物燃烧时的火焰结构与蜡烛火焰结构类似,外焰,内焰,焰心,火焰高度

4、(从火焰顶端到可燃物表面阆垂直距离)是火焰的一个重要特征，火焰的高度随着可燃物表面积增大而提高，更重要的是随着可燃物的热分解反应速度的加 快而剧增。,当森林燃烧时，火场上空产生热对流。形成不同温度差，随着热空气上升，四周冷空气补充，形成对流烟柱。,三、对流柱结构与特点,1、对流柱的特点,由于对流柱有较大的上升气流，可以把火场上可燃物与燃烧着的可燃物通过对流柱带到高空形成飞火，飞火飞到火头前方又形成新的火源。,根据前苏联学者的研究，地面火线长100 m，对流烟柱可高达千米，即对流烟柱高度为地面火线长度的10倍。此外，对流烟柱下部l314处对流活动最强，即地面火线长度34倍的高度对流活动最为猛烈。

5、,2、对流柱的发展,对流柱的发展受许多因素影响，主要受可燃物、天气条件和火行为影响。有效可燃物数量愈多，对流烟柱发展愈强烈，反之则小。火强度愈高对流烟柱发展愈强烈。对流烟柱的发展与天气条件密切相关，当遇到不稳定的天气条件，容易形成对流烟柱；相反，在稳定的天气条件下，在山区容易形成逆温层，这样就不易形成对流烟柱。,3、对流烟柱群,特大森林火灾有时会出现对流烟柱群。它们的出现，会相互影响火场的发展,4、对流柱的能量,(1)低能量火的对流柱 低能量火的对流柱，其大部分能量仍然保持在热能状态，只有千分之几的热能转变为动能。缺乏垂直翻转移动的对流柱。烟为羽毛状烟团，色淡、浅而透明。低能量火的增团只在树冠上方大约100150 m处随风飘移、这种烟团在平原地区，在2530km的范围内都能看到。,(2)高能量火的对流柱 高能量火的对流柱有5以上的热能转变为动能，形成强大的上升气流产生强大的对流柱和旋涡。高能量火的对流柱可将着火物质带到空中传播到远方。这种巨大的对流柱，一般能上升到层积云，高达27km或更高。,(3)低能量火转变为高能量火对流柱的特征 当火形成对流柱时，烟柱向高空大气层冲击，导致火势加强，小火转变为大火，随火势扩大而迅速增长，火从平面转向立体。,5对流柱的垂直结构,高能量火有一个发展完全的对流柱，其形状主要决定于风的廓线(风的垂直分布)