全 文 ：Vol. 31 No.12
Dec. 2011
第 31卷 第 12期
2011年 12月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
旱冬瓜 Alnus nepalensis 适应性强，生长迅速，
材质较好，是我国西南地区营建生态林、用材林
的优良树种。防火季节初期落叶，林分难以发生树
冠火，防火紧要期长出的新枝、叶含水率高，也不
易发生树冠火，不少地方将其作为生物防火树种大
量栽培。根具根瘤菌，寄生固氮细菌，叶为优质绿
肥，可改良土壤，为山地增肥，落叶分解快，农
民常将其收集到田间作为种植庄稼的基肥，林木自
身积累的落叶难以产生高强度地表火。伴生植物丰
富，容易发生较强的地表火并对中、幼林树木造成
旱冬瓜不同直径活枝燃烧性的比较
李世友 1，2，管晓媛 2，昌尼娜 2，王秋华 2，舒立福 1
(1. 中国林科院 森林生态环境与保护研究所，北京 100091；2. 西南林业大学 土木工程学院，云南 昆明 650224)
摘 要： 为比较旱冬瓜 Alnus nepalensis 不同直径活枝的燃烧性差异，在森林防火紧要期内，分 7 个径级对活枝进行
了燃烧试验。在测定样品直径、含水率、引燃时间、有焰燃烧熄灭时间、试验过程中烟气温度和质量损失变化过程
等基础上，提出并计算了能够表征活枝燃烧性能的综合燃烧特性参数 P。根据该参数，直径为 1.11 cm、0.90 cm、0.71
cm、0.56 cm、0.46 cm、0.34 cm 活枝的综合燃烧性是直径为 1.31 cm活枝的 2.06、5.49、11.86、50.39、121.74、282.99倍。
关键词：旱冬瓜；活枝；综合燃烧特性参数
中图分类号： S762 文献标志码： A 文章编号： 1673-923X(2011)12-0061-04
Comparative study on combustion characteristics of different
size live ranches of Alnus nepalensis
LI Shi-you1,2,GUAN Xiao-yuan2,CHANG Ni-na2,WANG Qiu-hua2,SHU Li-fu1
(1. Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China;
2.College of Civil Engineering, Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan, China)
Abstract: To compare combustion performance differerce of different size live branches of Alnus nepalensis, combustion experiments of 7
diameter class’s live branches were conducted during the prohibitive period of forest fire. A general combustion parameter P which can well
indicate the combustion characteristics was proposed in this paper based on determining diameter,moisture content, igniting time, going out
time of flaming combustion, smoke temperature and weight losing of sample during experimental period. The general combustion parameters
were accounted of 7 diameter class’s branches, and the parameters P of diameters equaled to 1.11 cm, 0.90 cm, 0.71 cm, 0.56 cm, 0.46 cm,
0.34 cm were 1.72, 5.49, 11.86, 50.39, 121.74, 282.99 times respectively as large as the P of diameter equaled to 1.31 cm.
Key words: Alnus nepalensis; live branches; general combustion parameter
收稿日期：2011-05-15
基金项目：国家自然科学基金面上项目 (31070587)；国家科技支撑计划课题 (2011BAD32B05)；昆明市科技局重点项目
(06H114135)；云南省重点学科 - 森林保护学 (XKZ200905)
作者简介：李世友 (1971–)，男，湖北麻城人，副教授，博士研究生，主要从事森林防火的科研
严重伤害。笔者在昆明地区多个火烧迹地调研发现，
在不同条件下，旱冬瓜活枝在地表火中的表现有很
大的差别。在混交林或迎风坡的密林中，位置较低
的枝往往被严重烧损，而多数情况下枝只是表面烧
黑或炭化，内部的木质部较好地保存下来。对枝、
叶燃烧性相关研究有直接燃烧试验法 [1-8]、基于理
化性质的间接法 [9-13] 和直接法、间接法相结合的方
法 [14,15]。本研究拟在前期带叶小枝燃烧试验 [16-19] 和
旱冬瓜树皮阻燃性 [20] 研究的基础上，通过直接燃
烧试验，比较不同直径活枝的燃烧性差异。
DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2011.12.023
李世友，等：旱冬瓜不同直径活枝燃烧性的比较62 第 12期
1 材料与方法
1.1 样品采集
采样时间为昆明地区防火紧要期的晴天。采
样地选择在昆明安宁市 2006 年 “3·29” 森林火灾火
烧迹地附近未过火林地，采集地海拔高度为2 400 m。
由于幼林、幼树容易着火和受灾，故在幼树上采样。
采集多株植物 1.5 m 左右的枝条带回实验室，取
20 cm 长枝段为试验样品。根据枝直径大小进行分
类，共对活枝分 7 个径级，按从大到小的顺序分
别编号 1、2、3、4、5、6、7( 顺序下同 )。试验
样品准备好后，用游标卡尺对各径级样品枝分别
在两端及中间部位测定直径，取测得数据的平均
值为该径级枝的直径。随机抽取各径级部分枝进
行含水率测定。
1.2 研究方法
(1) 含水率的测定方法
采用 105 ℃烘干恒重法，取相对含水率。
(2) 燃烧试验方法
试验装置如图 1 所示。
辐射源面积为 40 cm×55 cm，由 18 根硅炭棒和
耐火砖构成，每两根硅炭棒之间的距离为 1 cm，在
中间两根硅炭棒之间的上方 1 cm处放置1根热电偶，
用于测定辐射源的温度，通过计算机软件和电源
控制柜控制输入到辐射源的电流强度。在辐射源
正上方 57 cm 处的集烟罩锥形出口的正中间位置
和烟道 48 cm 处中心点各放置 1 根热电偶。燃烧
盘的上下两面均为铁丝网，中间为 4 cm 厚的石棉，
通过支架将燃烧盘与辐射源的距离调节为 20 cm。
燃烧盘下方用石棉作隔热层以保护下方的天平。
天平的技术参数为 30 kg/0.1 g。试验时，先在小
功率条件下将辐射源的温度升高到 400 ℃，然后
开启和排风扇的电源，用 20 kW 的输出功率快速
升温至 600 ℃，放入活的小枝样品。每秒钟采集 1
次质量和温度数据，并以 Excel 文件的形式存储到
计算机硬盘中。当样品被引燃后，立即关闭辐射
源的电源，记录有焰燃烧时间，有焰燃烧熄灭一
段时间后停止数据采集。
(3) 燃烧性分析方法
为综合评价枝的燃烧特性，在前期带叶小枝燃
烧特性参数计算方法的基础 [6-8, 16-19] 上，参照热重分
1、3、5—热电偶；2—数据采集模块；4—烟道；6—集烟罩；7—辐射源；8—电源
控制柜；9—计算机；10—样品；11—托盘；12、15—支架；13—隔热层；14—天平。
图 1 燃烧试验装置
Fig. 1 Scheme of test device of combustion
析方面的燃烧特性参数定义和计算方法 [21-22]，引入
引燃时间、有焰燃烧熄灭时间、有焰燃烧阶段最大
质量损失速率和平均质量损失速率 4 个重要燃烧特
性参数，提出枝的综合燃烧特性参数 P，即：
P= 108 (VmaxVmean)/(Ti
2Th)。
式中：Vmax、Vmean 分别为样品在有焰燃烧阶段的最
大质量损失速率和平均质量损失速率，单位均为
%/s。质量的单位取 “%”，是由于每次试验的样品
质量不可能完全相等，故取更具有可比性的相对
质量，即相对于初始质量的百分比；Ti 为引燃时间，
即加热到有焰燃烧所需的时间，温升曲线上温度
开始快速升高、质量曲线上质量开始快速下降时
刻所对应的时间，单位为 s；Th 为有焰燃烧熄灭时
间，单位为 s。P 越大，枝的燃烧特性越好。
2 结果与分析
2.1 测定和试验结果
7 个样品的物理性质和燃烧特性参数见表 1。试
验过程中烟气温度变化和质量损失过程如图 2。图 2
中的温度是指两根热电偶的平均温度。由于放入样
品时烟气温度略有差别，在绘制图 2 曲线时，各时
63第 31卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
刻的温度均减去了放入样品时的烟气温度，即曲线
上各点温度是试验过程中相对于样品放入时刻烟气
的净变化。图 2 中质量曲线上左、右两条向上突出
小线段分别表示引燃时刻和有焰燃烧熄灭时刻。
图 2 试验过程中样品的剩余质量和烟气温度变化
Fig. 2 Residual mass and smoke temperature curves in experimental course
2.2 燃烧性比较
样品的物理性质和燃烧特性参数见表 1。
表 1 样品的物理性质和燃烧特性参数
Table 1 Physical properties and combustion parameters of samples
序号 平均直径 /cm 平均含水率 /% 引燃时间 Ti /s 熄灭时间 Th /s
最大速率 Vmax
/(%•s-1)
平均速率 Vmean
/(%•s-1)
综合燃烧特性
参数 P
1 1.31 58.42 284 565 1.03 0.14 0.32
2 1.11 58.99 231 507 1.05 0.17 0.66
3 0.90 57.79 218 377 1.21 0.26 1.76
4 0.71 61.32 161 366 1.50 0.24 3.79
5 0.56 60.05 122 255 1.70 0.36 16.12
6 0.46 61.66 111 204 2.04 0.48 38.96
7 0.34 61.82 95 161 2.58 0.51 90.56
从表 1 可以看出，不同直径旱冬瓜活枝的燃
烧性差异很大。随直径的减小，旱冬瓜活枝的引
燃时间和有焰燃烧熄灭时间缩短，有焰燃烧阶段
最大燃烧速率增加，平均燃烧速率也呈增加趋势。
从表 1 可以计算出，各径级活枝的有焰燃烧时间
分别为 281 s、276 s、159 s、205 s、133 s、93 s、66 s，
即随枝径的减小，有焰燃烧时间呈减少趋势。平均
燃烧速率、有焰燃烧时间在直径为 0.90 cm 枝处存
在异常，这与其平均含水率最低有关，即低含水
率有利于燃烧，使平均燃烧速率增加、有焰燃烧
时间缩短。直径为 1.11 cm、0.90 cm、0.71 cm、
0.56 cm、0.46 cm、0.34 cm 活枝的综合燃烧性是
李世友，等：旱冬瓜不同直径活枝燃烧性的比较64 第 12期
直径为 1.31 cm 活枝的 2.06 倍、5.49 倍、11.86 倍、
50.39 倍、121.74 倍、282.99 倍。
3 结 论
在测定样品物理性质和燃烧试验的基础上，
引入了引燃时间、有焰燃烧熄灭时间、有焰燃烧
阶段最大质量损失速率和平均质量损失速率 4 个
重要燃烧特性参数，提出并计算了能够表征活枝
燃烧性能的综合燃烧特性参数 P，根据该参数对
旱冬瓜 7 个径级活枝的燃烧性进行了比较和分
析。研究表明，随旱冬瓜活枝直径的减小，引燃
时间和有焰时间熄灭时间缩短，最大燃烧速率增
加，平均燃烧速率呈增加趋势，有焰燃烧时间呈
减少趋势。直径为 1.11 cm、0.90 cm、0.71 cm、
0.56 cm、0.46 cm、0.34 cm 活枝的综合燃烧性是直
径为 1.31 cm 活枝的 2.06、5.49、11.86、50.39、
121.74、282.99 倍。
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[本文编校 :文凤鸣 ]