木材等生物質(zhì)的燃燒過(guò)程包括揮發(fā)分的明火燃燒和殘留焦炭（殘?zhí)浚┑臒肴肌Ｏ鄬?duì)于明火燃燒，殘?zhí)康臒肴寄軌蛟跇O度欠氧條件下維持，有反應(yīng)溫和、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，且在通風(fēng)條件良好時(shí)能夠再次引發(fā)劇烈的明火燃燒。殘?zhí)繜肴紮C(jī)理的研究對(duì)生物質(zhì)的高效清潔燃燒，以及森林火災(zāi)、木質(zhì)建筑火災(zāi)的預(yù)警和撲救有指導(dǎo)意義。

近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所熱能工程研究組與澳大利亞西澳大學(xué)能源研究中心、日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)能源工程實(shí)驗(yàn)室合作，針對(duì)上述問(wèn)題開展系列研究工作。研究人員選取活性炭顆粒作為生物質(zhì)殘?zhí)康哪Ｐ臀铮霉潭ù卜磻?yīng)器在可控邊界條件下開展實(shí)驗(yàn)，成功捕捉熾燃鋒面的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)蔓延過(guò)程，考察殘?zhí)课镄詤?shù)和環(huán)境參數(shù)對(duì)于熾燃特性的影響規(guī)律。通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)模擬，研究人員對(duì)熾燃過(guò)程中的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)解析，再現(xiàn)熾燃鋒面的蔓延過(guò)程，預(yù)測(cè)熾燃鋒面的熱化學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示生物質(zhì)殘?zhí)康臒肴紮C(jī)理。該研究表明，一氧化碳等氣相組分的氧化釋熱在一些條件下已超越固定碳的表面氧化成為主導(dǎo)因素。該發(fā)現(xiàn)完善和發(fā)展了關(guān)于熾燃過(guò)程由異相表面氧化反應(yīng)主導(dǎo)的論斷。

相關(guān)成果發(fā)表在燃燒領(lǐng)域期刊Proceedings of the Combustion Institute上，并被第38屆國(guó)際燃燒會(huì)議接收為口頭報(bào)告。基于上述成果，香港理工大學(xué)博士黃鑫炎、青島能源所博士高健在Fire Safety Journal上發(fā)表綜述文章A review of near-limit opposed fire spread，進(jìn)一步闡述熾燃現(xiàn)象的燃燒機(jī)理，并對(duì)明火、熾燃、陰燃等燃燒現(xiàn)象進(jìn)行較為明確的區(qū)分。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、青島能源所研究組啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的支持。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711219306940?via%3Dihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1540748920300894?via%3Dihub

熾燃鋒面的蔓延：（a）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、（b）模擬結(jié)果