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森林地表火蔓延是森林火灾的主要形式,可燃物条件是影响地表火蔓延的重要条件。载荷和填充比是可燃物的重要参数,填充比对火蔓延影响缺乏系统研究。本文提出了一种控制燃料床填充比的方法,在无风平坡的条件下,利用刨花丝作为燃料模拟森林地表可燃物,开展不同燃料载荷(0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 kg/m2)和燃料床填充比(0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12)的线型火蔓延模拟实验。在不同载荷和填充比的条件下,研究了火焰长度、火焰倾斜角、火蔓延速率、滞留时间和质量损失速率等参数的变化规律,分析了燃料床表面传热和内部传热。火蔓延过程中火焰长度、滞留时间、质量损失速率和火蔓延速率均随着燃料载荷的增加而增加。随着填充比的增大,燃料载荷对这些参数的影响逐渐减弱。当填充比小于0.02时,随着燃料载荷的增加,火焰倾斜角呈减小的趋势;当填充比为0.08时,火焰倾斜角随载荷的增加呈上升趋势。在不同填充比条件下,火焰浮力羽流强度不同,火前锋前后的压差不同,导致了不同的火焰倾斜角。随填充比的增加,火焰长度和质量损失速率均不断减小。当填充比大于0.1时,火焰长度几乎不随填充比改变。当填充比大于0.06时,火焰倾斜角随着填充比的增加呈现增大的趋势;尤其是在填充比较大的情况下,火焰倾斜角可达到155°,与常规无风平坡火蔓延差距很大。火蔓延速率随着填充比的增大而减小,因填充比增加导致燃料床内部氧气含量减少,降低了燃料的燃烧速率,从而降低了火蔓延速率。随填充比的增大,滞留时间普遍先增大后趋于稳定;不同载荷下滞留时间拐点均出现在填充比0.06-0.08之间。综合考虑燃料消耗率在填充比0.06-0.08之间发生突变,可推断燃料床在填充比0.06-0.08之间由热薄型向热厚型转变。随填充比的增加,燃料床表面和内部的总热流及辐射热流均呈减小趋势。当填充比在0.06-0.08之间,火蔓延过程受燃料床内部传热主导。当填充比大于0.06时,火焰对燃料床表面的传热作用和燃料内部传热共同作用,进一步证实了燃料床从热薄型向热厚型转变。当燃料床填充比较大时,燃料床表面的对流加热作用不可忽略。