林火复习题整理(2)

2020-03-27 02:20

林火生态与管理

3.火焰具有自行传播特征

火焰一旦产生,在整个反应系统反应终止前,就会不断地向周围传播与蔓延。

(1)按火焰传播特征分缓燃火焰(向外传播速度0.2-1m/s)和爆燃火焰(传播速度极快,达到超音速,达几千米每秒)

(2)按燃料与氧化剂模式可分为扩散火焰和预混火焰 (3)按流体力学特征可分层流火焰和湍流火焰 (4)按火焰状态可分为移动火焰和驻定火焰

(5)按两种反应物物理状态可分为均相火焰(气体燃料和气体氧化剂的反应)和多相火焰(液体或固体燃料和气态氧化剂直接反应),多相火焰又称异相火焰 (四)烟气

烟是由于燃烧或热解作用而产生的悬浮在大气中可见的细小固体或液体微粒(直径一般在10-7-10-4cm)。 固体微粒主要是碳粒子 液体微粒主要是热解产物

火灾事故统计表明,火灾中70%以上死亡由火灾中产生的烟气导致。 三、燃烧的必要条件

燃烧必须具备三个必要条件,即可燃物、氧气和一定的温度(见图2-1),又称燃烧三要素或燃烧三角形。

(一)可燃物:是指凡是与氧气进行燃烧反应的物质,气体(乙炔等)、液体(酒精等)、固体(煤炭等)。 森林中所有的有机质均属可燃物 燃烧释放和挥发可燃性气体

①有焰燃烧(又称明火) ②无焰燃烧(又称暗火) 燃烧特点不同,扑救方式也不同 (二)空气(氧气,O2,21%)

氧是燃烧的助燃物,空气中氧18%以下,抑制燃烧

空气中氧气的浓度不同,可形成两类燃烧: ①完全燃烧:燃烧过程中释放出较多的热量,形成的燃烧产物不能再次燃烧,如灰分、CO2、水蒸汽等。

②不完全燃烧:燃烧过程中释放出较少的热量,燃烧的产物能再次燃烧,如CO、木炭等。 森林燃烧是开放式燃烧,一般不缺氧,但燃烧剧烈,会造成局部暂时缺氧,形成不完全燃烧。 (三)温度: 必须在一定的温度条件下,使可燃物分解,产生可燃性气体,燃烧才能进行。这个温度往往是由点火源或邻近可燃物燃烧所提供的。 燃点:①引燃点 ②自燃点

12. 什么是明火?什么是暗火?它们各自的特点是什么?

①有焰燃烧(又称明火):可燃物受热后挥发出大量可燃气体,燃烧而产生火焰。占所有燃烧总数的80-90%。易扑救

特点:蔓延速度快,比无焰燃烧快13-14倍。燃烧面积较大,但消耗自身的热量少,仅占其消耗全部热量的2%-8%。

②无焰燃烧(又称暗火):可燃物受热后不能分解足够量的可燃性气体时,燃烧不能产生火焰。 特点:蔓延速度慢,燃烧持续时间长,消耗自身的热量多。

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13. 燃点、引燃点和自燃点?

燃点:随温度的升高,可燃物开始着火时的温度。根据是否有外界热源,可分两类: ①引燃点:借助于引燃火源,可燃物加热到一定的温度,将可燃物引燃,当引燃火源移开后仍能维持燃烧,这时的着火温度称为引燃点,又称着火点。干枯的杂草为150-200℃;木材为240-300℃。

②自燃点:可燃物加热到一定的温度自行着火,并能维持燃烧,这时的着火温度称为自燃点。 一般自燃点高于引燃点,如针叶材的引燃点为240-270℃,而自燃点为420-450℃。引燃多发生在固相中,自燃多发生在气相中。

14. 森林燃烧(林火)的种类有哪些?各有哪些特征?对森林的危害程度如何? 根据火烧森里部位划分:(主要)

地表火:亦称地面火,沿地表蔓延,火焰高度在树冠以下,烧毁地被物,危害幼树、灌木、下木,烧伤大树干基和露出地面的树根。影响树木生长和森林更新,易引起森林病虫害的大量发生,有时造成大面积林木枯死。(但轻微地表火可减少可燃物积累,降低森林燃烧性,提高土壤温度,改善土壤ph值,促进微生物的活动,消灭越冬虫卵,改善林地卫生状况,减少病虫害发生。)地表火有两类:

(1)急进地表火:火烧蔓延速度很快,一般每小时可达几百米或上千米。往往燃烧不均匀、不彻底,留下未烧斑块(花脸)。火烧迹地呈长椭圆形或顺风伸展成三角形。

(2)稳进地表火:火烧蔓延速度缓慢,一般每小时几十米,火烧时间长,温度高,燃烧彻底,能烧毁所有地被物。有时乔木低层枝条也被烧毁,对森林危害严重,影响林木生长,火烧迹地多呈椭圆形。

树冠火:地表火遇到强风或针叶幼树群、枯立木、风倒木、低垂树枝时,火就烧至树冠,并沿树冠蔓延和扩展,称为树冠火。树冠火上部能烧毁针叶,烧焦树枝和树干,下部烧毁地被物、幼树和下木。在火头前方常有燃烧的枝桠、碎木和火星形成飞火加快火势蔓延。烟雾温度高(900-1000℃),烟雾高达几千米,不易扑救。树冠火多发生在长期干旱的针叶幼林、中龄林或针叶异龄林中(特别是马尾松和杉木)。分两种:

(1)急进树冠火:又称狂燃火。火焰在树冠上跳跃前进,蔓延速度快,形成向前伸展火舌。火头巨浪式前进,有轰鸣声或噼啪爆炸声,往往形成上下两股火。火焰沿树冠推进,地面火远远落在后面,能烧毁针叶、小枝、烧焦树枝和粗大枝条,火烧迹地常呈长椭圆形。这种单独依赖树冠燃烧的火,又有人称独立树冠火,主要发生在连续分布针叶林内或易燃树冠的阔叶林内,由于火蔓延速度快,也是难以控制的一种火。

(2)稳进树冠火:又称遍燃火。火的蔓延速度较慢,地表火和树冠火并进,燃烧较彻底,温度高,火强度大,是属于活动的树冠火。稳进树冠火能将树叶和树枝完全烧尽,是危害最严重的一种火灾,火烧迹地为椭圆形。扑救这种火可以采用有利地形点迎面火或开设较宽防火控制线。

(树冠火在蔓延过程中,因树冠的连续或不连续,呈现连续型和间歇型。连续型树冠火发生在树冠连续分布,火烧至树冠并沿树冠连续扩展;间歇型树冠火发生在树冠不连续分布,由强烈地表火烧至树冠,由于树冠不连续便下降为地表火,遇到树冠连续再上升为树冠火,这种火主要受强烈地表火的支持,而在林火中起伏前进。

树冠火过渡类型火的燃烧特点,主要是从地表火向树冠火和树干火发展。根据火行为不同又可将这类火划分为三种:

间歇性树冠火:主要由于针叶树冠间断分布或分布不均勻,并受到强烈地表火所支持,表现时而树冠火、时而地表火。这种火也包括那些依赖性树冠火。

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冲冠火:多发生在针叶林或针阔混交林中。当火烧至针叶幼树群或地面有大量可燃物积累处时,火在单株树冠或针叶树群的树冠燃烧。有时也因为林下有大量杂乱物使单株或少数树群的树冠燃烧。)

树干火:主要燃烧树干。有三种情况,一是燃烧树干树枝,以及附生的地衣、苔藓和层外植物,二是燃烧含油、层片状树皮的树干,(如东北林区的各种桦木),三是燃烧中的站杆。

地下火:地下火在地下泥炭层或腐殖质层燃烧蔓延的林火称为地下火。在泥炭层中燃烧的火称为泥炭火,在腐殖质层中燃烧的火称为腐殖质火。地下火在地表面看不见火焰,只有少量烟。可烧至矿物层和地下水位的上部,蔓延速度缓慢(仅4?5m/h, 一日夜可烧几十米或更多)温度高、破坏力强、持续时间长,一般能烧几天、几个月或更长时间,不易扑救。地下火能烧掉腐殖质、泥炭和树根等。火灾后,树木枯黄而死,火烧迹地一般为圆形。地下火多发生在特别干旱季节的针叶林内。由于燃烧的时间长秋季发生的火,可以隐藏地下越冬, 烧至第二年的春天,这种火称越冬火。这种越冬火多发生在高纬度地区,如我国大、小兴安岭北部均有分布,我国南方林区几乎没有地下火。

由于燃烧物不同,又可分为两种:

腐殖质火:主要燃烧林地腐殖质,多发生在积累大量凋落物的原始林内。

泥炭火:主要发生在草甸子和针叶林下,这种火燃烧较深,在大小兴安岭,有时形成越冬火,是所有火灾持续时间最长者。

根据燃烧的可燃物类型来划分:(次要) (1) 荒火:发生在荒山荒地或郁闭度小于0.2的疏林,你为荒火。大部分林火灾是由荒火引起的。

(2) 草原火:发生在草原上的火称草原火。草原火与森林火可以相互蔓延,尤其是在草原与森林交界地区,通常足是草原火引发为森林火灾。

(3) 草甸火:发生在林区沟塘草甸上的火称为草甸火。沟塘草甸是森林火灾的策源地,也是森林间火的传递通道。

(4) 灌丛火:发生在灌木丛地上的火称灌木火。一般来说,灌木火的强度比较高,会烧毁灌木及地表植被,引起灌木丛生态系统内各因子的剧烈变化,特别是对土壤的破坏严重。

(5) 林火:发生在森林中的火称林火。森林的类型繁多,结构复杂,所以,林火还要进行划分林火种类。

15. 热量传递的基本方式有哪些?在不同的林火种类的主要热量传递方式? 常见的三种热量传递方式(热传导、热对流、热辐射) 还有第四种热量传递方式,即通过飞火传递热量。 (一)热传导

热传导是可燃物内部的传热方式,即内部彼此接触的微粒间能量的交换。

其机制是不同温度的同一物体的各部分之间分子热运动动能交换,即动能较大(温度较高)的分子把热运动动能传递给邻近热运动动能较小(温度较低)的分子。 从宏观上看,热量从高温部分流向低温部分,使低温部分增温。

在相同条件下(加热相同,范围相同),温度上升的速度取决于物体的导热系数,导热系数越大,则加热越快。但森林可燃物(如木材)是热的不良导体,导热系数小,传热缓慢。 林地内的地上可燃物之间排列疏松、空隙很大,所以燃烧时,热传导不是主要的传热方式。

但是大的枝条、站杆、地下可燃物(如腐殖质层,泥炭层)排列紧密,热传导是主要传热方式。

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(二)热对流

热对流是流体内伴随着流体的相对位移,把热量从一处带到另一处的热传递现象。热对流发生于气与液体之间,或气体与固体之间,或液体与固体之间。在森林中,热对流传热主要是发生在空气和固体可燃物之间。

在森林燃烧过程中,燃烧反应放出的热量加热了局部空气,热空气比冷空气轻,在浮力的作用下热空气垂直地向上运动,造成四周的冷空气不断地向内补充,形成热对流。这是一种自然对流。这种对流热与森林可燃物接触时,把热传给可燃物,使其升温。因此,热的对流作用在针叶林内,特别是针叶幼林和复层针叶林内,把热传给林冠,引起树冠着火。 有时在强风的作用下近地面发生水平方向的热对流,又称热平流。这是一种外力作用下的强制对流。热平流使火焰前方的可燃物迅速增温、干燥,进而燃烧,使火向前快速蔓延。 (三)热辐射: 热辐射是热量依靠电磁波的形式向辐射的传热方式。任何物质(气体、液体或固体)都能以电磁波的形式向外辐射热量,同时也可以吸收从别的物体辐射出来的热量。 物体辐射的热量与其表面温度的4次方成正比,而与距离的平方成反比。热源温度越高,热辐射强度越大。

物体吸收辐射热能力。物体能否吸收、反射或透过辐射的热能,与物体性质和表面状态密切相关,取决于物体的性质、表面状态和温度。

森林可燃物的表面,其颜色深,粗糙,具有吸收辐射热量的条件。因此,处于火焰推进前方的可燃物,在热辐射作用下,迅速地被预热,脱水而点燃。 (四)三个热传播方式的相互作用

在森林的燃烧过程中,三种热传递方式同时在起作用,只是对不同位置上的可燃物可能是一种或两种方式在起主要作用。

1空中可燃物(树冠)的燃烧,热对流在起主要作用; 2地表可燃物的燃烧是热辐射和热平流在起主要作用; 3地下可燃物的燃烧是热传导在起主要作用。

4而可燃物从其表面到内部的传热,热传导是传热的唯一途径。

5飞火(spot fire)也是森林燃烧的传播方式,是在旋风和高速气流的作用下,使正在燃烧的物体产生位移,而引发新的火点的过程。

16. 森林可燃物(木材)的基本组成有哪些?燃烧特性如何? 主要组成有三:纤维素、半纤维素、木素; 次要组成有二:抽提物和灰分。

各组成成分的化学结构、在木材中的含量、燃点各不相同。次要组成虽然含量较少,但对可燃物的燃烧影响很大。

半纤维素的热稳定性最差,木质素的热稳定性较好,灰分不利于燃烧。

17. 森林可燃物的热解过程中产物有哪些? 可燃物热分解产生三大类产物:

气体(包括可燃性气体,如H2、CO、烃类化合物等;不燃性气体,如CO2、H2O等;助燃性气体,如O2等)、

液体(如木焦油、甲醇、丙醇、酸类、酮类、醛类等) 固体(如木炭等)。

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18. 森林燃烧有哪几个阶段?

森林燃烧过程可划分四个阶段:预热、碳化、着火、燃烧。 燃烧中有链式反应和热光化学反应 (一)预热

1、是燃烧前的物理学过程,包括可燃物自身温度的升高和水分的蒸发。 可燃物的升温 热传导 不良导体 温度梯度分布 可燃物水分的蒸发 水的液相变为气相 蒸发耗热(L) 2、由于水分蒸发消耗了大量热量,而减慢了可燃物的升温过程。

3、可燃物含水量是影响可燃物燃烧过程的最重要的因子之一。含水量大,不干燥,达不到燃点,火熄灭 (二)炭化

1、是燃烧前的化学过程(热分解过程)。

2、可燃物热分解产生三大类产物:气体、液体、固体 (三)着火

1、森林着火是热着火过程,主要是温度的不断提高所引起的,大多情况下是外界火源与可燃物的直接接触,使可燃物温度达到燃点而引起燃烧。

2、由于着火是不稳定的转变过程,所以着火的温度不是十分严格的。而且不同的可燃物,其引燃点和自然点是不同的 (四)链式反应

19. 什么是链式反应?链式反应引发的必要条件是什么? 链式反应

(1)定义:链式反应是瞬间进行的循环连续反应,又称连锁反应。 各类可燃物的燃烧反应均属于链式反应的范畴 (2)链式反应的条件

1、是燃烧区内存在活性物质即游离基(如带电子的原子、离子等)。这种活性物质又称活性中心。由于燃烧反应的复杂性,目前,仅对氢、CO、甲烷的燃烧反应研究得比较透彻,其他较复杂的物质,特别是对森林可燃物的燃烧还不大清楚。

2、游离基或称自由基系为带有单电子的原子(H·、Cl·等)、基团(·OH、·CH等)或分子碎片(C2H5·等)。由于它们带有未成对的电子,倾向于与别的物质结合而形成键。所以,这类反应进行得异常迅速,甚至引起爆炸。 (3)链式反应过程 1、链的引发过程:

就是利用光照、加热或其他作用让反应物分子断裂产生自由基的过程。

Br2的键能大约为189kJ/mol;H2为427kJ/mol,Br2的断裂而引发链式反应,需要吸收活化能为160-460kJ/mol 2、链的传递过程 3、链的断裂过程

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