本发明属于森林防灭火，具体是一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置和方法。
背景技术：
1、森林火灾一般可分为地下火、地表火和树冠火，地下火通常是由林区丰富的地表和地下可燃物(自上而下分别是杂草、枯枝落叶、腐殖质和泥炭等)，在雷击、野火、烟头、地热或干燥氧化发热积聚等情况下诱发产生阴燃。森林火灾扑救主要分为直接喷射灭火剂灭火和喷射灭火剂构建防火带间接灭火。但在实际森林火灾扑救过程中，往往无法明确灭火剂在地表和地下可燃物层中的具体渗流情况，从而导致部分灭火剂覆盖不充分，进而在明火扑灭后仍存在阴燃现象，阴燃难以自然熄灭、难以监测，通常会持续几天乃至几月，并在一定条件下极易迅速转捩为明火，发生复燃，给现场消防救援工作带来巨大挑战。因此，有必要研发一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置和方法，为灭火战法的研制提供技术支撑。
2、对于森林火灾燃烧过程模拟及灭火装置，已有学者进行了相关设计。一种木材阴燃水喷淋灭火实验测试装置(申请公布号cn 116577453 a)，通过加热桶模拟阴燃火源加热木材模拟了不同工况下木材阴燃过程，并采用水喷淋系统实现灭火。一种基于燃料床的林火蔓延监测系统及方法(授权公告号cn 116678916 b)利用燃料床模拟了森林火灾蔓延，并测定了火蔓延过程的蔓延速率、火场温度和火焰几何特征等蔓延参数。一种森林火灾模拟装置(授权公告号cn205080826u)，通过控制储水箱阀门，调整燃料床水量，进而控制燃烧面积和燃烧速率。一种可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台(授权公告号cn114280215a)，该装置通过坡度调节装置和整流送风装置，模拟极端条件下的森林火灾行为。一种森林火灾快速灭火模拟实验室(授权公告号cn205080826u)，该装置通过在燃料床上侧布置喷雾枪和喷射枪，研究不同粉状灭火材料和液体灭火材料对森林火灾的灭火效果。一种模拟森林火灾及灭火剂测试装置(授权公告号cn 115248283 a)，该装置通过测量燃料床温度、火羽流辐射等参数，定量比较了各类液体灭火剂喷洒在燃料床上后的灭火效率。一种航空模拟灭火与阻燃试验装置(授权公告号cn 115598283 a)，该装置通过步进电机控制灭火水枪移动，并向着火燃料床内喷射灭火剂，进而模拟不同条件下航空喷洒灭火水剂对可燃物的阻燃效果。
3、通过对已有技术的调研分析可以得出，现有林火模拟及灭火装置一方面主要关注木材燃烧引起地表火和树冠火，对于地表及地下多层可燃物阴燃引发的地下火；另一方面，现有的灭火装置集中于研究灭火方式和灭火剂对火场的扑灭效果，但针对灭火后的复燃现象缺乏研究。因此，实现灭火剂作用下森林地下火阴燃的精确模拟，是当前亟需突破的技术瓶颈。
技术实现思路
1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述装置可模拟并记录不同工况下不同类型地表和地下可燃物在灭火剂作用下的阴燃及阴燃转捩明火过程，测量可燃物在明火燃烧、阴燃和阴燃转捩明火过程中的对外辐射，可燃物温度和湿度，火焰几何特征；评价不同类型灭火剂的抗阴燃能力，为灭火战法和新型灭火剂的研制提供技术支持。
2、本发明还旨在提出一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的方法。
3、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，包括：燃烧模块，所述燃烧模块用于模拟实际林场中地表及地下可燃物燃烧；灭火剂喷射模块，所述灭火剂喷射模块用于向所述燃烧模块喷射灭火剂，并在所述燃烧模块表面形成不同形状、不同厚度的灭火剂层；复燃模拟模块，所述复燃模拟模块用于模拟实际林场地表及地下可燃物层中不同高度、不同水平位置处的热源；风流模块，所述风流模块用于模拟实际林场中不同风速，不同方向的环境风；监测模块，所述监测模块用于监测所述可燃物层明火燃烧、阴燃和阴燃转捩明火过程中的燃烧特征参数、火焰特征参数等数据；采集模块，所述采集模块用于采集所述监测模块数据，并反馈到所述控制模块；控制模块组成，所述控制模块用于控制所述燃烧模块、所述灭火剂喷射模块、复燃模拟模块、风流模块和监测模块。
4、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述燃烧模块包括容器、可燃物层、支撑架和线形点火器；所述容器用于承装所述可燃物层；所述可燃物层由多类型可燃物分层组成，用于模拟实际林场中地表及地下的多层可燃物；所述支架用于支撑所述容器，并调节所述容器的高度和倾角，模拟实际林场中不同坡度的地表及地下可燃物；所述线形点火器固定于所述容器短边一侧，与所述容器的短边边长相等，用于点燃所述可燃物层形成线形火焰。
5、有利地，所述容器采用透明耐高温材料以便于所述摄像机监测所述可燃物层内部阴燃燃烧特征参数；所述容器具有防爆性能，不易因外力而爆炸碎裂。
6、有利地，所述可燃物层可根据实验需求改变可燃物的类型、堆积密度、厚度、含水率等特征参数。
7、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述灭火剂喷射模块包括灭火剂喷嘴、软管、灭火剂发生装置、第一动力装置、横梁、第二动力装置和升降支架；所述灭火剂喷嘴固定于所述第一动力装置上，用于向所述可燃物层喷射灭火剂；所述软管一端与所述灭火剂发生装置连接，一端与所述灭火器喷嘴连接，用于输送灭火剂；所述灭火剂发生装置用于生成灭火剂；所述第一动力装置固定于所述横梁上，用于带动所述灭火剂喷嘴在所述横梁上往返运动；所述横梁固定于所述第二动力装置上；所述第二动力装置固定于所述升降支架上，用于带动所述横梁、所述第一动力装置和所述灭火剂喷嘴在所述升降支架上往返运动；所述升降支架用于改变所述灭火剂喷嘴高度；所述第一动力装置、所述第二动力装置和所述升降支架用于改变所述灭火剂喷嘴与所述可燃物层的相对位置，进而使所述灭火剂喷嘴在所述可燃物层表面形成不同形状、不同厚度的灭火剂层。
8、有利地，所述灭火剂发生装置可根据实验需求改变灭火剂的类型。
9、有利地，所述灭火剂喷嘴可在所述控制模块控制下可多角度旋转，实现不同角度的灭火剂喷射。
10、所述复燃模拟模块包括多个加热单元，所述加热单元均匀分布于所述可燃物层内部，用于模拟实际林场地表及地下可燃物层中不同高度、不同水平位置处的热源，加热所述可燃物层，使所述可燃物层发生燃烧。
11、有利地，所述加热单元可根据所述燃烧模块实际大小在所述可燃物层中布置多个。
12、有利地，所述加热单元可在所述控制模块控制下分别工作，实现分区加热热源，模拟实际林场中单一热源和多点热源引发的阴燃。
13、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述风流模块包括风机、整流装置、旋转底座和移动装置；所述风机用于提供风流，模拟实际林场中不同风速的环境风；所述整流装置用于整流所述风机产生的风流，实现不同风速的风流均匀流出；所述旋转底座用于固定所述风机和所述整流装置，并调节所述风机、所述整流装置与所述燃烧模块轴线的夹角；所述移动装置固定于所述旋转底座底部，用于水平移动所述旋转底座，改变所述风机、所述整流装置与所述燃烧模块的水平相对位置；所述旋转底座和所述移动装置用于改变所述风机、所述整流装置与所述燃烧模块的夹角和相对位置，模拟不同角度的环境风；
14、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述监测模块包括热流计、热电偶、湿度计、摄像机和风速计；所述热流计用于监测所述可燃物层明火燃烧、阴燃和阴燃转捩明火过程中的对外辐射；所述热电偶用于监测所述可燃物层明火燃烧、阴燃和阴燃转捩明火过程中所述可燃物层不同位置处的温度；所述湿度计用于监测所述可燃物层明火燃烧、阴燃和阴燃转捩过程中所述可燃物层的湿度变化；所述摄像机用于监测所述可燃物层明火燃烧和阴燃转捩明火过程中的火焰形态参数和所述可燃物层阴燃过程中的形态变化；所述风速计用于测量所述风机产生风流的风速。
15、有利地，所述热电偶、湿度计在所述可燃物层中均匀分布，用于测量所述可燃物层被所述线形点火器点燃和被所述加热单元引发阴燃两种不同燃烧状态下的燃烧特征参数。
16、可选地，所述摄像机可更换为红外摄像机，明确火焰和可燃物层的温度分布。
17、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述采集模块用于采集所述监测模块数据，并反馈到所述控制模块；
18、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，所述控制模块用于控制所述线形点火器实现可控点火；所述控制模块用于控制所述升降支架和所述移动装置，进而改变所述灭火剂喷嘴与所述可燃物层的相对位置，使灭火剂喷嘴在所述可燃物层表面形成不同的灭火剂分布；所述控制模块用于控制所述灭火剂发生装置产生灭火剂；所述控制模块用于控制所述加热单元的加热功率，用于模拟实际林场地表及地下可燃物层中的不同放热强度的热源，加热所述可燃物层，使所述可燃物层发生燃烧；所述控制模块用于根据所述风速计的数据调节所述风机的功率，进而控制风流的风速；所述控制模块用于控制所述旋转底座和移动装置，进而控制所述风机、所述整流装置与所述燃烧模块的夹角和相对位置，模拟不同角度的环境风。
19、根据本发明实施例的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的方法，包括以下步骤：首先，测试前，对可燃物进行预处理，确保可燃物的含水率、堆积密度等特征参数符合实验需求；其次，在容器内按照实验需求铺设可燃物层，控制模块调整升降支架和移动装置，使灭火剂喷嘴到达实验所需位置，控制模块控制旋转底座和移动装置，使风机和整流装置到达实验所需位置；然后，控制模块控制线形点火器点火；预燃一定时间后，控制模块控制灭火剂喷射模块产生灭火剂并向树体模拟模块喷射灭火剂扑灭可燃物层火焰，并在可燃物层表面形成不同的灭火剂分布；控制模块控制风机，产生一定风速的风流，控制模块控制加热单元加热可燃物层；最后控制模块控制热流计、热电偶、湿度计和摄像机监测可燃物层中在加热单元作用下发生阴燃及阴燃转捩明火过程的燃烧特征参数。
1.一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于：所述的装置由燃烧模块、灭火剂喷射模块、复燃模拟模块、风流模块、监测模块、采集模块和控制模块；
2.根据权利要求1所述一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，所述容器采用耐高温透明材料，以便于所述摄像机监测所述可燃物层内部阴燃燃烧特征参数；所述容器具有防爆性能，不易因外力而爆炸碎裂。
3.根据权利要求1所述一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，所述可燃物层可根据实验需求改变可燃物的类型、堆积密度、厚度、含水率等特征参数。
4.根据权利要求1所述一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，所述灭火剂发生装置可根据实验需求改变灭火剂的类型。
5.根据权利要求1所述一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，所述灭火剂喷嘴可在所述控制模块控制下可多角度旋转，实现不同角度的灭火剂喷射。
6.根据权利要求1所述一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，所述加热单元可根据所述燃烧模块实际大小在所述可燃物层中布置多个；所述加热单元可在所述控制模块控制下分别工作，实现分区加热热源，模拟实际林场中单一热源和多点热源引发的阴燃。
7.根据权利要求1所述一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，所述热电偶、湿度计在所述可燃物层中均匀分布，用于测量所述可燃物层被所述线形点火器点燃和被所述加热单元引发阴燃两种不同燃烧状态下的燃烧特征参数。
8.一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的方法，用于如权利要求1-7中任一项所述的一种模拟灭火剂作用下森林地下火阴燃的装置，其特征在于，包括以下步骤：
