变风速条件下阴燃向明火转变的动力学机制及其火灾防控意义

针对变风速(VSW)对阴燃-明火转变(StF)机制不清的问题，研究人员通过建立一维生物质棒模型，首次揭示VSW下过渡时间较恒风速(CSW)延长1.9倍的关键规律，发现风速周期与初始速度通过冷却效应和氧供应动态调控StF进程，为复杂风场条件下火灾防控提供理论支撑。

　　

论文解读

阴燃(Smouldering)作为一种潜伏在多孔燃料中的低速、低温无焰燃烧现象，常因自我维持性强且难以察觉而成为重大火灾的隐形导火索。当阴燃产生的可燃气体达到临界条件时，会突然引发明火燃烧(Smouldering-to-Flaming, StF)，这种转变在森林火灾、仓储事故中屡酿惨剧。尽管恒风速(CSW)条件下的StF转变机制已有研究，但自然界中风速往往呈现动态波动，而变风速(VSW)如何通过氧供应与冷却效应的动态博弈影响StF进程，始终是未被揭示的科学盲区。

为破解这一难题，研究人员开发了生物质棒一维燃烧模型，通过将VSW定义为CSW的正弦函数，首次系统对比了两种风况下的转变行为。模型验证阶段采用有限体积法离散控制方程，基于GNU Octave编写求解程序，关键参数参照文献中生物质棒在逆流配置下的实验数据校准。

模型描述与验证
研究选取理想化生物质棒作为对象，建立包含薄层阴燃前沿(δ)的向上传播模型。通过对比模拟与实验数据，证实模型能准确预测实际阴燃过程，空间/时间步长加倍未引显著差异，验证了计算稳定性。

CSW与VSW的转变行为对比
核心发现显示：VSW下的StF转变时间(t_StF)平均达CSW的1.9倍，归因于波动风速削弱了持续热生成。进一步分析表明，低速区(1.5～3.7 m s^?1)的转变受冷却效应主导，而高速区(3.7～5 m s^?1)则取决于氧供应动态。初始风速对热损失影响微弱，但提高初始速度可增强热生成，显著缩短t_StF。

结论与意义
该研究首次量化了VSW对StF转变的延迟效应，揭示风速波动通过热-氧耦合机制调控火灾风险的动力学原理。成果不仅弥补了复杂风场下火灾预测模型的空白，更为制定动态风速条件下的防火策略（如林区风道管理、仓储通风优化）提供了关键理论依据。论文发表于《Fuel》，获国家自然科学基金资助（项目号52276130），作者Wentao Zhao、Jun Li等声明无利益冲突。