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Combustibility of Litters of Three Woody Species with Different Water Contents by Cone Calorimeter

利用锥形量热仪研究不同含水率的树种枯落物燃烧性


利用锥形量热仪对木荷、马尾松和杉木3个树种的叶子和小枝枯落物在10%、15%、20%、25%、30% 5种不同含水率条件下的燃烧性进行测定,比较它们在不同含水率下的燃烧特性变化情况。不同的含水率是通过枯落物中叶子和小枝绝干后精确加水后获得的。枯叶和小枝分别选择20 kW·m-2和30 kW·m-2的辐射强度。结果表明:木荷落叶与小枝在含水率小于15%时着火感应时间(TTI)比马尾松和杉木叶子和小枝更短,更易燃。而含水率大于20%时木荷落叶与小枝着火感应时间比马尾松和杉木叶和小枝长,不易燃烧。木荷落叶与小枝热释放速率(HRR)和总释放热(HTR)均比马尾松和杉木的释放热量速度慢,释放热量少。表明木荷枯落物中的叶子和小枝比马尾松和杉木的难燃且释放热量少,木荷比马尾松、杉木抗火性强,适宜于作防火林带树种。

Combustion properties of litter of Schima superba, Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata with different water contents were tested with a cone calorimeter. The water contents were set as 10%, 15%, 20%, 25%, and 30%. The different water contents in the litter were obtained by accurately adding water into the absolutely dried litter. The leaves and small branches of litter was subjected to the heat radiation respectively at 20 kW·m-2and 30 kW·m-2. The results showed that the igniting time(TTI) of Schima superba litter was shorter than that of Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata, when water content was less than 15%, which demonstrated that the litter of Schima superba with lower water content was more inflammable. However, when the Water Content was more than 20%, the igniting time of Schima superba litter was longer than that of Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata. The heat release rate(HRR) and total heat release(THR) of litter of Schima superba at the same condition were slower and less than that of Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata. The results demonstrated that Schima superba was suitable to be used as the fire breaks.


全 文 :第 ww卷 第 x期
u s s {年 x 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1ww o‘²1x
¤¼ou s s {
利用锥形量热仪研究不同含水率的树种枯落物燃烧性
周国模t 周宇峰t 余树全u 白尚斌u 卢凤珠v
kt1 浙江林学院环境科技学院 临安 vttvss ~ u1 浙江林学院林业与生物技术学院 临安 vttvss ~ v1 浙江林学院工程学院 临安 vttvssl
摘 要 } 利用锥形量热仪对木荷 !马尾松和杉木 v个树种的叶子和小枝枯落物在 ts h !tx h !us h !ux h !vs h x种
不同含水率条件下的燃烧性进行测定 o比较它们在不同含水率下的燃烧特性变化情况 ∀不同的含水率是通过枯落
物中叶子和小枝绝干后精确加水后获得的 ∀枯叶和小枝分别选择 us ®• #°pu和 vs ®• #°pu的辐射强度 ∀结果表
明 }木荷落叶与小枝在含水率小于 tx h时着火感应时间k×׌l比马尾松和杉木叶子和小枝更短 o更易燃 ∀而含水率
大于 us h时木荷落叶与小枝着火感应时间比马尾松和杉木叶和小枝长 o不易燃烧 ∀木荷落叶与小枝热释放速率
k‹• • l和总释放热k‹×• l均比马尾松和杉木的释放热量速度慢 o释放热量少 ∀表明木荷枯落物中的叶子和小枝比
马尾松和杉木的难燃且释放热量少 o木荷比马尾松 !杉木抗火性强 o适宜于作防火林带树种 ∀
关键词 } 锥形量热仪 ~枯落物 ~含水率 ~燃烧性
中图分类号 }≥zyu1v 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{lsx p ss|y p sy
收稿日期 }ussz p sv p tv ∀
基金项目 }浙江省林业厅重点招标项目ksw„sul !杭州市科技局重大招标项目kussxuttu„ttl ∀
tl 浙江森林资源报告 q浙江省林业厅 oussx }z
Χοµ βυστιβιλιτψ οφ Λιττερσ οφ Τηρεε Ωοοδψ Σπεχιεσ ωιτη ∆ιφφερεντ Ωατερ Χοντεντσ
βψ Χονε Χαλοριµετερ
«²∏Š∏²°²t «²∏≠∏©¨ ±ªt ≠∏≥«∏´∏¤±u …¤¬≥«¤±ª¥¬±u ∏ƒ ±¨ª½«∏v
kt1 Σχηοολοφ Ενϖιρονµεντ Σχιενχεσo Ζηεϕιανγ Φορεστρψ Χολλεγε Λινπαν vttvss ~ u1 Σχηοολοφ Φορεστρψανδ Βιοτεχηνολογψo Ζηεϕιανγ
Φορεστρψ Χολλεγε Λινπαν vttvss ~ v1 Σχηοολοφ Ενγινεερινγ o Ζηεϕιανγ Φορεστρψ Χολλεγε Λινπαν vttvssl
Αβστραχτ} ≤²°¥∏¶·¬²± ³µ²³¨µ·¬¨¶²© ¬¯·¨µ²© Σχηιµα συπερβαo Πινυσ µασσονιανα ¤±§ Χυννινγηαµια λανχεολατα º¬·«§¬©©¨µ¨±·
º¤·¨µ¦²±·¨±·¶º¨ µ¨ ·¨¶·¨§º¬·«¤¦²±¨ ¦¤¯²µ¬°¨ ·¨µq׫¨ º¤·¨µ¦²±·¨±·¶º¨ µ¨ ¶¨·¤¶ts h otx h ous h oux h o¤±§vs h q׫¨
§¬©©¨µ¨±·º¤·¨µ¦²±·¨±·¶¬±·«¨ ¬¯·¨µº¨ µ¨ ²¥·¤¬±¨ §¥¼¤¦¦∏µ¤·¨¯¼¤§§¬±ªº¤·¨µ¬±·²·«¨ ¤¥¶²¯∏·¨¯¼ §µ¬¨§ ¬¯·¨µq׫¨ ¯¨ ¤√¨ ¶¤±§¶°¤¯¯
¥µ¤±¦«¨¶²© ¬¯·¨µº¤¶¶∏¥­¨¦·¨§·²·«¨ «¨¤·µ¤§¬¤·¬²± µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ ¤·us ®• #°pu¤±§vs ®• #°pu q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨
¬ª±¬·¬±ª·¬°¨ k×׌l ²© Σχηιµασυπερβα ¬¯·¨µº¤¶¶«²µ·¨µ·«¤±·«¤·²© Πινυσ µασσονιανᤱ§ Χυννινγηαµιαλανχεολαταoº«¨ ± º¤·¨µ
¦²±·¨±·º¤¶¯¨¶¶·«¤±tx h oº«¬¦«§¨ °²±¶·µ¤·¨§·«¤··«¨ ¬¯·¨µ²© Σχηιµασυπερβα º¬·« ²¯º¨ µº¤·¨µ¦²±·¨±·º¤¶°²µ¨¬±©¯¤°°¤¥¯¨q
‹²º¨ √¨ µoº«¨ ±·«¨ • ¤·¨µ≤²±·¨±·º¤¶°²µ¨ ·«¤±us h o·«¨ ¬ª±¬·¬±ª·¬°¨ ²© Σχηιµασυπερβα ¬¯·¨µº¤¶ ²¯±ª¨µ·«¤±·«¤·²© Πινυσ
µασσονιανα ¤±§ Χυννινγηαµιαλανχεολαταq׫¨ «¨¤·µ¨¯¨ ¤¶¨ µ¤·¨k‹• • l ¤±§·²·¤¯ «¨¤·µ¨¯¨ ¤¶¨k׋• l ²© ¬¯·¨µ²© Σχηιµασυπερβα
¤··«¨ ¶¤°¨ ¦²±§¬·¬²± º¨ µ¨ ¶¯²º¨ µ¤±§ ¯¨¶¶·«¤± ·«¤·²© Πινυσ µασσονιανα ¤±§ Χυννινγηαµια λανχεολαταq ׫¨ µ¨¶∏¯·¶
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Κεψ ωορδσ} ¦²±¨ ¦¤¯²µ¬°¨ ·¨µ~ ¬¯·¨µ~º¤·¨µ¦²±·¨±·~¦²°¥∏¶·¬¥¬¯¬·¼
锥形量热仪k≤’‘∞l由美国国家标准技术研究所k‘Œ≥×l在 us世纪 {s年代推出 o是一种小尺度试验仪
器 o是以氧消耗原理为基础的新一代聚合物材料燃烧性能测定仪 o它可以测定树木材料在同样外部热源条件
下表现出的燃烧特性差异 ∀由 ≤’‘∞获得的可燃材料在火灾中的燃烧参数有多种 o包括着火感应时间
k×׌l !热释放速率k‹• • l !总释放热k׋• l !有效燃烧热k∞‹≤l !释烟总量kא • l和质量变化参数k• l等 o
数据的采集和处理完全由计算机控制 ∀与对燃烧的传统测试方法k氧指数法 !垂直燃烧法 !水平燃烧法等l相
比 o这种测试方法具有测试参数较多 o试验结果与受试材料在实际火灾中的表现更加相近 o关联性大的优点
kŠ¬¯°¤± ετ αλqot||z ~ ‹¶«¬¨« ετ αλqot||z ~李斌等 ot||{ ~田晓瑞等 ousstl ∀本试验使用的锥形量热仪
k„≥א∞2tvxw2|v oŒ≥’xyysl o由英国燃烧测试技术kƒ××l公司生产 ∀
马尾松k Πινυσ µασσονιαναl !杉木k Χυννινγηαµια λανχεολαταl林分在南方山区大量存在 o以浙江省为例 }松
木林 !杉木林合计的面积 !蓄积分别占乔木林面积 !蓄积的 yz1xx h和 zx1vw h tl ∀而马尾松林和杉木林是易
燃林分 o林内枯落物越积越厚使得易燃可燃物增加 o易酿成森林大灾 ∀据浙江省 t|{{ ∗ ussu年森林火灾统
计数字显示松针叶林和针阔混交林发生森林火灾的次数占总次数的 {z1y h o受害面积占总受害面积的
|s1| h k茅史亮等 ousswl ∀目前我国南方地区现有防火林带选用的主要树种是木荷k Σχηιµα συπερβαl o木荷防
火林带在一定程度上可以阻隔高强度的地表火和林冠火k文定元 ot||{ ~田晓瑞等 ousstl ∀但目前对木荷 !马
尾松及杉木的枯落物的燃烧条件和特性差异还不够了解 o为了进一步阐明马尾松及杉木的枯落物的燃烧特
性及木荷防火林带的阻火机理 o本文利用锥形量热仪对木荷 !马尾松及杉木枯落物中叶和小枝在不同含水率
条件下的燃烧过程进行了比较分析 ∀
t 材料来源
枯落物材料采集地点 }ussy年 w月初和 tu月中旬在浙江天目山自然保护区外围 o地理坐标为 tt|βtuχ∞o
u|βu|χ‘∀调查时属于防火季节 o连续晴天 v天以上 o属易引起森林火灾的天气 ∀外业调查在防火林带和相
邻的马尾松 !杉木林分选择有代表性的典型地段 o通过设置大小为 ts ° ≅ ts °标准地 o总共调查木荷标准地
|个 o马尾松 x个和杉木 x个 ∀样地内木荷为 tt年生 o马尾松为 ux ∗ vs年生 o杉木 ts ∗ ux年生 ∀每个标准地
随机选取 {个 t ° ≅ t °小样方 o收集枯落物中叶和小枝带回实验室测定含水率 ∀
u 研究方法
可燃物含水率kƒ≤l与可燃物的易燃性之间关系十分密切 ∀可燃物含水率是影响可燃物燃烧的重要指
标 ∀枯死可燃物含水率变化幅度较大 o它们可以吸收超过本身质量 t倍以上的水 ∀一般情况下 o当 ƒ≤ 超
过 vx h时 o不燃 ~ux h ∗ vs h时 o难燃 ~tz h ∗ ux h时 o可燃 ~ts h ∗ ty h时 o易燃 ~小于 ts h时 o极易燃k胡海
清 oussxl ∀由此 o本试验选择 ts h !tx h !us h !ux h和 vs h x种不同的含水率从可燃物易燃到难燃 o来寻求
不同的含水率与枯落物燃烧特性的变化规律 ∀
利用锥形量热仪测定不同含水率的木荷 !马尾松和杉木枯落物中叶与小枝的燃烧性 ∀样品在垂直水平
方向上加热辐射强度 o及通过外部点燃条件下进行测试 ∀叶选用 us ®• #°puk相当于 xts ε l !小枝则选 vs
®• #°puk相当于 ys{ ε l不同的热辐射强度在锥形量热仪上进行燃烧性测试 ∀选取辐射强度依据 }首先烟头
是一个引起森林火灾的重要外部火源 o其表面温度为 uss ∗ vss ε o中心温度可达 zss ∗ {ss ε ~其次是枯落
物在锥形量热仪燃烧的着火感应时间特性决定 o即时间较为合适 ∀根据测试结果 o利用计算机辅助分析 o确
定枯落物的燃烧特性 ∀锥型量热仪由重力系统 !加热锥和燃烧产物收集系统组成 ∀根据 Œ≥’xyy的操作规
定 o试验样品放入边长为 tss °° ≅ tss °°的正方形试验托盘中 o样品厚度不超过 xs °°∀所有样品测定均
使用铝箔包住样品的侧面和底面 o上面加盖铁丝网格 o减少叶在燃烧过程中的飞落或崩爆 ∀
211 试验步骤
tl在防火季节期外业收集木荷 !马尾松和杉木枯落物中叶和小枝带回实验室测定含水率 ∀各样地样品
的含水率一般都在 uu h ∗ uz h o最小值 tz1w h o最大值 vt1u h ∀木荷林带的枯落物含水率略高于马尾松和
杉木林 o而叶和小枝之间的含水率差别不大 ∀
ul分别称取在k{s ε 烘至绝干l的木荷 !马尾松和杉木叶 us ª各 x种样品 o共计叶样品 tx个 ~称取k{s
ε 烘至绝干l木荷 !马尾松和杉木小枝 xs ª各 x种样品 o共计小枝样品 tx个 ∀为了增加试验可比性 }本试验
选择平均长度 { ¦°o直径 s1z ¦°粗细均匀的木荷 !马尾松和杉木小枝 ∀然后所有样品用精度为 s1st °的移
液枪分别加水配置成 ts h !tx h !us h !ux h和 vs h x种不同的含水率k表 tl ∀
vl每个样品用 u只密封袋封装 o将所有封装的样品分装在 v只塑料袋 o放置在阴暗处的摇床上振荡 ts
天 o使样品含水率充分均匀 ∀其后选取一定样品进行反推测定含水率 o结果含水率并无变化 o表明水分挥发
极少 o配置的含水率结果可靠 ∀
wl将上述装叶和小枝的密封袋中配置好的含水率枯落物 o按照不同的含水率称取不同湿重的样品 o使得
叶干质量为 x ªo小枝干质量为 tx ªo每种 v组 o具体见表 u ∀
xl按 x种不同的含水率 ov种树种的枯落物叶和小枝得到样品共 vs种 o每种样品 v次重复 o共 |s个样品
在锥形量热仪上进行测试 o枯落物的叶和小枝都保持自然形态而没有进行人为破碎 ∀在称量 !待燃烧等环节
过程中样品都用密封袋封装 o确保含水率保持不变 ∀
z| 第 x期 周国模等 }利用锥形量热仪研究不同含水率的树种枯落物燃烧性
表 1 枯落物不同含水率的配置
Ταβ .1 Τηε χολλοχατιον διφφερεντ ωατερ χοντεντσ οφλιττερσ
含水率 • ¤·¨µ≤²±·¨±·Πh 叶干质量 ¨¤©§µ¼ °¤¶¶Πª 叶配水量 ¨¤© °¬¬ º¤·¨µΠ° 小枝干质量 ≥³µ¬ª§µ¼ °¤¶¶Πª 小枝配水量 ≥³µ¬ª °¬¬ º¤·¨µΠ°
ts us1ss u1uu xs1ss x1xx
tx us1ss v1xv xs1ss {1{u
us us1ss x1ss xs1ss tu1x
ux us1ss y1yz xs1ss ty1yz
vs us1ss {1xz xs1ss ut1wv
表 2 枯落物不同含水率的燃烧样品质量
Ταβ .2 Τηε µασσ οφ σαµ πλεσ ωιτη διφφερεντ ωατερ χοντεντσ οφλιττερσ
含水率 • ¤·¨µ¦²±·¨±·¶Πh 叶干质量 ¨¤©§µ¼ °¤¶¶Πª 叶鲜质量 ¨¤© º ·¨°¤¶¶Πª 小枝干质量 ≥³µ¬ª§µ¼ °¤¶¶Πª 小枝鲜质量 ≥³µ¬ª °¤¶¶Πª
ts x1ss x1xy tx1ss ty1yz
tx x1ss x1{{ tx1ss tz1yx
us x1ss y1ux tx1ss t{1zx
ux x1ss y1yz tx1ss us1ss
vs x1ss z1tw tx1ss ut1wv
yl选取自然含水率接近 tx h !us h !ux h和 vs h的木荷 !马尾松和杉木的枯落物的叶和小枝样品若干 o
质量与配置的样品一样 o在锥形量热仪上进行测试 ∀目的在于检验自然条件下的样品与通过绝干后加水
配置成的相同含水率样品 o在锥形量热仪测定时各燃烧性能是否有差异 o其测试结果表明并无明显差异
k表 vl ∀
表 3 不同人工配置和自然条件含水率下的各种燃烧样品 ΤΤΙ和 πκΗΡ Ρ 值
Ταβ . 3 Τηε ΤΤΙ ανδ πκΗΡ Ρ οφ διφφερεντ σαµ πλεσ ωιτη διφφερεντ ωατερ χοντεντσ
含水率
• ¤·¨µ≤²±·¨±·¶Πh
人工配置 ¤±∏¤¯ §¬¶³²¶¬·¬²± 自然条件 ‘¤·∏µ¨ ¦²±§¬·¬²±
tx us ux vs tx us ux vs
木荷叶着火感应时间 ×׌²© Σχηιµα συπερβα ¯¨ ¤©Π¶ {x ts{ tt{ tx| |s ts| tuv twy
马尾松叶着火感应时间 ×׌²© Πινυσ µασσονιανα ¯¨ ¤©Π¶ tsv tsz ttv tut |z tts ttw tt|
杉木叶着火感应时间 ×׌²© ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¯ ¤¨©Π¶ tsz ttx tus tu{ tsy ttz tux tvt
木荷小枝着火感应时间 ×׌²© Σχηιµα συπερβᶳµ¬ªΠ¶ {t tut tvy txt {w tus tv{ twy
马尾松小枝着火感应时间 ×׌²© Πινυσ µασσονιανα ¶³µ¬ªΠ¶ |s |x tsv ttu |s |w || ttt
杉木小枝着火感应时间 ×׌²© ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶³µ¬ªΠ¶ {x ttx tut tvy |v ttw tuw tvt
木荷叶热释放速率峰值
³®‹• • ²© Σχηιµα συπερβα ¯¨ ¤©Πk®• #°pul {|1s{ {u1zw zu1sx xz1tt {|1| {v1w{ zy1st xt1vx
马尾松叶热释放速率峰值
³®‹• • ²© Πινυσ µασσονιανα ¯¨ ¤©Πk®• #°pul tx{1|x tv|1vw tux1z| ttt1t txy1wv tww1s{ tuy1tz tts1ut
杉木叶热释放速率峰值
³®‹• • ²© ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¯ ¤¨©Πk®• #°pul tuu1st ttt1s{ tsx1vy tss1st tux1tu tsy1wy tss1u| tss1vw
木荷小枝热释放速率峰值
³®‹• • ²© Σχηιµα συπερβᶳµ¬ªΠk®• #°pul tw{1z| tvt1|{ ttt1tu tst1uy tww1zu tu{1uz tt|1|z ttw1|z
马尾松小枝热释放速率峰值
³®‹• • ²© Πινυσ µασσονιανᶳµ¬ªΠk®• #°pul tv{1sw tvv1xu tuu1sz tsx1y tww1{w tvz1{t tus1w| tsy1{
杉木小枝kªl 热释放速率峰值
³®‹• • ²© ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶³µ¬ªΠk®• #°pul twu1{y tvv1|z tuu1x| tsx1sv txu1yx tvx1tu ts|1{w tsx1sv
v 结果与分析
311 着火感应时间
在锥形量热仪测试物质燃烧性的试验中 o一般来说着火感应时间k×׌l越大 o材料越不易点燃 o火灾危险
性越小 ∀图 t为不同含水率条件下不同树种枯落物的叶和小枝的着火感应时间曲线 ∀
从图中可以看出 }随着含水率的上升 o木荷 !马尾松 !杉木的叶和小枝的着火感应时间随之升高 ~在含水
率较低在 ts h ∗ tx h时 o木荷叶的着火感应时间短于马尾松与杉木叶 o木荷小枝的着火感应时间短于马尾
松和杉木小枝 ~而在含水率到达 us h以上时 o木荷叶的着火感应时间要长于马尾松和杉木的叶 o木荷小枝的
着火感应时间要长于马尾松和杉木的小枝 ∀而一般防火季节的枯落物含水率在 us h ∗ ux h o因此木荷枯落
物中的叶和小枝要比马尾松和杉木的难燃 o有利于木荷作为防火树种起防火作用 ∀
{| 林 业 科 学 ww卷
图 t 不同含水率的木荷 !马尾松 !杉木叶在 us ®• #°puk¤l !小枝在 vs ®• #°puk¥l时着火感应时间
ƒ¬ªqt ׫¨ ¦∏µ√¨ ²©×׌¯¨ ¤√¨ ¶¤·us ®• #°puk¤l ¤±§¶³µ¬ª¤·vs ®• #°puk¥l º¬·«§¬©©¨µ¨±·º¤·¨µ¦²±·¨±·
312 热释放速率
热释放速率k‹• • l是指材料单位表面积燃烧释放热量的速率 o是评定材料火灾安全性能最重要的参数
之一 ∀ ≤’‘∞测定材料在燃烧过程中的 ‹• • 随时间的动态变化 o‹• • 的最大值称热释放速率峰值k³®‹• • l o
材料的 ‹• • 越大 o造成材料热分解速率加快和挥发性可燃物生成量增多 o从而加速火焰的传播 o材料在火灾
中的危险性就越大k卢凤珠等 oussx ~王庆国等 oussvl ∀图 u为 ux h含水率的叶和小枝热释放速率随时间的
变化关系曲线 ∀ux h含水率的枯落物是发生森林火灾的难易的临界点k胡海清 oussxl o因此选用 ux h含水率
具有一定的科学意义 ∀
从图中可以看出 }在同一质量同一含水率条件下 o热释放速率是马尾松叶 杉木叶 木荷叶 o说明木荷
枯叶燃烧释放热速率慢而且释放热量少 ~马尾松小枝 杉木小枝 木荷小枝 o而木荷小枝的着火感应时间
更长 o说明木荷枯小枝更难燃 o燃烧释放热量慢而少 ∀
图 u ux h含水率的木荷 !马尾松 !杉木叶在 us ®• #°puk¤l !小枝在 vs ®• #°puk¥l时的热释放速率曲线
ƒ¬ªqu ׫¨ ¦∏µ√¨²© ‹• • ²©¯¨ ¤√¨ ¶¤·us ®• #°puk¤l ¤±§¶³µ¬ª¤·vs ®• #°puk¥l º¬·«ux h º¤·¨µ¦²±·¨±·
313 总释放热
总释放热k׋• l是单位面积的材料从着火到燃烧全过程中所释放热量的总和 ∀曲线图 x !y表示枯落物
叶子和小枝的总释放热曲线的变化过程 ∀图 vk¤l表示叶子从引燃过程k总释放热趋于零l o到开始有焰燃烧
k约 tus秒以后l至熄灭k约 vss秒l期间 o其总释放热先成平行线再直线上升 o后又逐渐趋于平缓k炭化过
程l ∀图 vk¥l显示的小枝总释放热也表现出基本相同的过程 ∀
从图中可以看出 }在同一质量同一含水率条件下 o总释放热排序为 }马尾松叶 杉木叶 木荷叶 ~马尾
松小枝 杉木小枝 木荷小枝 ∀即木荷叶和小枝在同等条件下总释放热要比杉木和马尾松的要小得多 o因
此木荷枯落物的叶和小枝燃烧相比杉木与马尾松的叶和小枝是最安全的 ∀
|| 第 x期 周国模等 }利用锥形量热仪研究不同含水率的树种枯落物燃烧性
图 v ux h含水率叶k¤l !小枝k¥l总释放热曲线
ƒ¬ªqv ≤∏µ√¨²©×‹• ²©¯¨ ¤√¨ ¶k¤l ¤±§¶³µ¬ªk¥l º¬·«ux h º¤·¨µ¦²±·¨±·
314 比值 πκΗΡ ΡΠΤΤΙ
•¬¦«¶·µ²±等人应用比值 ××ŒΠ³®‹• • 评价材料潜在的火灾危险性k李斌等 ot||{l ∀ °¨ ·µ¨¯¯¤kt||wl提出结
合比值 ³®‹• •Π×׌与 ׋• 可以更加全面地评价材料潜在的火灾危险性 ∀因为 o‹• • 与 ×׌取决取决于外部
热辐射流量 !通风速度与破坏程度而 ׋• 与材料内部能量有关 o独立于环境因素k徐晓楠 oussvl ∀比值
³®‹• •Π×׌越高说明越容易引起火的发生和继续燃烧 ∀图 w分别表示不同含水率叶和小枝的 ³®‹• •Π×׌曲
线 ∀
图 w 不同含水率木荷 !马尾松和杉木叶在 us ®• #°puk¤l时 !小枝在 vs ®• #°puk¥l时的比值 ³®‹• •Π×׌
ƒ¬ªqw ׫¨ ¦∏µ√¨²©³®‹• •Π×׌²©¯¨ ¤√ ¶¨¤·us ®• #°puk¤l ¤±§¶³µ¬ª¤·vs ®• #°puk¥l º¬·«§¬©©¨µ¨±·º¤·¨µ¦²±·¨±·¶
随着含水率的上升 o木荷 !马尾松和杉木的叶和小枝的 ³®‹• •Π×׌比值随之下降 ~在较低含水率 ts ∗
us h时 o木荷叶的 ³®‹• •Π×׌比值高于马尾松和杉木叶 o而在含水率到达 us h以上时 o木荷叶的 ³®‹• •Π×׌
比值要低于马尾松和杉木叶 o此时木荷叶要比马尾松和杉木的叶要难燃 ∀在同一含水率条件下木荷小枝的
³®‹• •Π×׌比值低于杉木和马尾松小枝 o说明木荷小枝比马尾松和杉木难燃 ∀
w 结论与讨论
森林火灾是当今世界发生面广 !危害性大 !时效性强 !救助极难的自然灾害 o利用防火树种营建的生物防
火林带既能有效降低森林自身的燃烧性 o减少森林火灾损失 o还能发挥多种效益 ∀实践证明木荷是一种优良
的防火树种 ∀通过利用锥形量热仪对不同含水率的木荷 !马尾松和杉木的枯落物中叶和小枝的燃烧性的研
究 o对比分析木荷树种在枯落物燃烧性方面的差异有利于阐明木荷防火林带的阻火机理 ∀
通过利用锥形量热仪的试验测定 o比较 ts h !tx h !us h !ux h和 vs h x种不同含水率下的木荷 !马尾
松 !杉木枯落物叶和小枝的燃烧过程 o得到以下结论 ∀
sst 林 业 科 学 ww卷
tl随着含水率的升高 o同一性质样品的着火感应时间k×׌l相应增加 o热释放速率k‹• • l变慢 ∀但不同
性质样品的变化程度不一样 ∀总释放热k׋• l与含水率的差异之间无明显关系 o只与材料性质和质量有关 ∀
ul不同含水率的木荷枯落物叶和小枝的着火感应时间k×׌l在与同一条件下马尾松和杉木进行比较时
发现了拐点 o即随含水率升高 o木荷叶和小枝比马尾松和杉木的 ×׌增加更快 ∀在含水率 us h左右时木荷叶
和小枝的 ×׌大于马尾松和杉木的 ∀而一般易发生森林火灾的自然天气条件是枯落物的含水率是 us h ∗
ux h k胡海清 oussxl o这对木荷作为防火树种是十分有利的 ∀当然 o在含水率低于 tx h时的极端气候出现时
任何森林可燃物都变的极易燃了 ∀
vl综合分析了木荷 !马尾松和杉木的叶和小枝的热释放速率k‹• • l o总释放热k׋• l o比值 ³®‹• •Π×׌o
发现木荷的叶和小枝比马尾松和杉木的释放热量速度慢 o释放热量少 ∀表明木荷比马尾松 !杉木抗火性强 o
适宜作防火树种 ∀
wl通过人为配置的含水率与自然条件下的相同含水率的枯落物样品 o利用锥形量热仪测定 o各燃烧性能
没有明显差异 ∀通过用移液枪对绝干枯落物精确加水 o用密封袋封装样品 o在摇床上振荡等过程 o来人为获
得准确的不同含水率的样品 ∀经过一定样品重测含水率来检验是否有水分丧失而影响含水率变化 o结果可
靠 ∀因此通过加水精确配置枯落物含水率的方法 o为今后此类研究探索了新的方法和思路 ∀
xl材料采集方面 o由于是大样本收集枯落物 o在试验中将各样地同类的枯落物充分混匀 o因此不同分解
程度的枯落物 o不同粗细的小枝在燃烧性能的差异影响更接近实际情况 ∀在热辐射强度方面 o本试验对枯叶
用 us ®• #°pu枯小枝用 vs ®• #°pu的辐射强度 o这是根据烟头温度和枯落物在锥形量热仪上着火感应时间
特性决定的 o这使得试验结果更适合于研究可燃物的引燃特性 ∀
参 考 文 献
胡海清 qussx q林火生态与管理 q北京 }中国林业出版社 ovv q
李 斌 o王建祺 qt||{ q聚合物材料燃烧性和阻燃性的评价 ) ) ) 锥形量热仪k≤’‘∞l法 q高分子材料科学与工程 otwkxl }tx p t| q
卢凤珠 o俞友明 o黄必恒 o等 qussx q用 ≤’‘∞法研究竹材的阻燃性能 q竹子研究汇刊 ouwktl }wx p w|1
茅史亮 o杨幼平 o贾伟江 o等 qussw q浙江森林火灾发生规律与发展趋势研究 q浙江林业科技 ouwktl }ty p us1
田晓瑞 o高承德 o舒立福 o等 qussv q木荷林带阻火性研究 q安全与环境学报 ovkyl }ut p ux1
田晓瑞 o贺庆棠 o舒立福 qusst q利用锥形量热仪分析树种阻火性能 q北京林业大学学报 ouvktl }w{ p xt1
王庆国 o张 军 o张 峰 qussv q锥形量热仪的工作原理及应用 q仪器技术与应用 okyl }vy p v|1
王 允 o陈 禹 qussy q锥形量热仪在阻燃材料研究中的应用 q武警学院学报 ouuktl }vt p vu q
文定元 qt||{ q南方森林防火林带现状调查和问题讨论 q森林防火 okwl }v{ p v|1
徐晓楠 qussv q新一代评估方法锥形量热仪k≤’‘∞l法在材料阻燃研究中的应用 q中国安全科学学报 otvktl }t| p uu1
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k责任编辑 朱乾坤l
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