我國科學(xué)家揭示生物質(zhì)殘?zhí)康娜紵龣C理

來源：科技日報時間：2020-08-31 17:00:23

8月31日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所取得了生物質(zhì)燃燒殘?zhí)繜肴紮C理的最新研究成果，揭示了生物質(zhì)殘?zhí)康娜紵龣C理，該研究相關(guān)成果被第38屆國際燃燒會議(38th International Symposium on Combustion)接收為口頭報告，論文被燃燒領(lǐng)域頂尖期刊Proceedings of the Combustion Institute收錄。

木材等生物質(zhì)的燃燒過程包括揮發(fā)分的明火燃燒(flaming combustion)和殘留焦炭(殘?zhí)?的熾燃(glowing combustion)(如圖1所示)。相對于明火燃燒，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)時間長的特點，通風(fēng)條件良好時能夠再次引發(fā)劇烈的明火燃燒。所以殘?zhí)繜肴紮C理的研究對于生物質(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)警和撲救有重要的指導(dǎo)意義。

近年來，中科院青島能源所熱能工程研究組與澳大利亞西澳大學(xué)能源研究中心(Centre for Energy, The University of Western Australia)、日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)能源工程實驗室(Energy Conversion Engineering Laboratory, Toyohashi University of Technology)緊密合作，針對上述問題開展了系列研究工作。研究人員選取活性炭顆粒作為生物質(zhì)殘?zhí)康哪Ｐ臀?，利用固定床反?yīng)器在可控邊界條件下開展實驗，成功捕捉了熾燃鋒面的準穩(wěn)態(tài)蔓延過程(如圖2a所示)，考察了殘?zhí)课镄詤?shù)和環(huán)境參數(shù)對于熾燃特性的影響規(guī)律。此外，通過開展計算流體力學(xué)模擬，對熾燃過程中的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)過程進行了數(shù)學(xué)解析，成功再現(xiàn)了熾燃鋒面的蔓延過程(如圖2b所示)，預(yù)測了熾燃鋒面的熱化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而揭示了生物質(zhì)殘?zhí)康臒肴紮C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經(jīng)超越固定碳的表面氧化成為主導(dǎo)因素，這一發(fā)現(xiàn)完善和發(fā)展了前人關(guān)于熾燃過程由異相表面氧化反應(yīng)主導(dǎo)的論斷。

熾燃鋒面的蔓延：(a)實驗現(xiàn)象;(b)模擬結(jié)果。

基于上述研究成果，香港理工大學(xué)黃鑫炎博士邀請中科院青島能源所熱能工程研究組高健博士共同撰寫的綜述文章以“A review of near-limit opposed fire spread”為題發(fā)表于火災(zāi)科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Fire Safety Journal，文章對熾燃現(xiàn)象的燃燒機理做了進一步闡述，對明火、熾燃、陰燃等燃燒現(xiàn)象做了較為明確的區(qū)分。(記者王健高)

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