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采用红外热像仪研究森林火灾燃烧产生的火焰发射率

热辐射是造成森林火灾蔓延以及对流和传导的三种热传递类型之一。在大多数森林火灾模型中,已经考虑了通过辐射的热传递来预测传播。在没有风的情况下,火焰前锋在均匀的水平燃料床中传播是主要的机制。

在森林火灾传播的完整理论模型中,与火焰相关的消光系数和辐射强度是解决辐射传递方程的必要参数。但是,在简化的理论模型中,火焰发射率是必需的参数。通常根据火焰温度和发射率,并考虑火焰与火焰前沿之前的燃料之间的视线因数,来计算辐射的热传递。火焰温度和发射率无法轻易通过实验进行评估,因为森林大火期间产生的火焰是异质且湍流的。

红外热像仪

一些研究已经使用各种方法来测量森林火灾火焰的发射率。近年来,在与森林火灾相关的应用中,红外热像仪的使用有所增加。红外系统的行为类似于由二维传感器阵列形成的热通量换能器,并且可以通过指定环境温度,相对湿度,距离和所观察对象的发射率,将传感器的信号转换为温度。因此,使用红外热像仪进行定量热测量需要对研究对象(即森林火灾应用中的火焰或燃烧的燃料床)的发射率进行良好的估算。利用了红外热像仪的空间分辨率来计算森林燃料火焰的发射率。

火焰发射率的概念通常用于解决森林火灾传播过程中的辐射传热问题。为了表征火焰的发射,由于火焰的发射是由变化的半透明体积产生的,因此必须做出一种等效的介质假设。


研究准备了9个直径为0.3–2.5m的圆形燃料床,它们是地中海常见的物种,并作为固定火燃烧。此处获得的发射率值与火焰厚度呈指数关系,获得了两种不同的消光系数:方法1的消光系数为0.48,方法2的消光系数为0.72。火焰的发射率不受浓度为每千克燃料0.75升稀释液的长期阻燃产品的影响。两种方法均观察到火焰发射率与火焰厚度之间的指数相关性。根据这项研究的结果,只有厚于3.2 m的火焰才具有接近黑体(0.9)的发射率,并且相关的消光系数为0.72。



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