第四节 森林 燃烧的物理过程

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)，如 果高空的风速较低时．对流栏常呈塔状并 有白色水蒸汽蘑菇帽；若高空风速增 加．对流柱将破裂而失去向上飘散力，并 趋向水平飘移。这种破裂型的结构常使飞 火传播到更远的地方。
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• 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
第四节 森林燃烧的物理过程
一、热量传播方式 二、火焰结构特点 三、对流柱结构与特点
一、热量传播方式
• 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。
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100～150 m处 随风飘移、这种烟团在平原地区，在25～ 30km的范围内都能看到。
二、火焰结构特点
• 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
• 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(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。
三、对流柱结构与特点
• 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。
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l／3～1／4处对流活动最强，即地面火线 长度3～4倍的高度对流活动最为猛烈。
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。
• 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。
2wk.baidu.com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
• (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2～ 7km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。
• 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。