《林火生态与管理》实验指导(2013)新版

1、北京林业大学本科教学林火生态与管理实验指导书牛树奎 刘晓东林学院 生态学科二一一年四月十八日21目 录1实验课的目的22实验课的准备工作22.1实验室仪器准备22.2每组领用物品32.3每组实验材料准备33实验内容43.1可燃物含水率（FMC）测定（称重法）4表3-1 可燃物含水率测定记录表（烘箱法）53.2可燃物灰分含量测定6表3-2 可燃物灰分含量测定记录表（烘箱-茂辐炉法）73.3可燃物表面积与体积比（s）测定8表3-3 可燃物表面积与体积比测定记录表（游标卡尺法）93.4可燃物紧密度（b）测定10表3-4 可燃物类型内各可燃物床层的紧密度测定记录表113.5可燃物热值测定12表3-5

2、可燃物热值测定记录表（氧弹热量计法）163.6可燃物燃点测定17表3-6 可燃物闪点、燃点测定记录表（开口闪点试验器法）183.7可燃物临界含水率（MOE）测定194时间安排.195注意事项.201实验课的目的本课程的目的是：通过实验课程，使学生在理解林火生态与管理的理论知识的基础上，了解林火生态试验的意义、重要性，理解课堂上的教学内容，掌握林火试验的方法，为进一步学习本课程奠定基础。2实验课的准备工作2.1实验室仪器准备2.1.1 美国Parr6300氧弹热量计1台1氧气瓶；压力表；铜管2点火丝3手动压饼器4电子天平（0.0001g）5蒸馏水6仪器使用说明书2.1.2 SYD3536克利夫兰

3、开口闪点燃点测定仪1台1燃气瓶2胶管3温度计（400）4打火机5仪器使用说明书2.1.3 高温电炉（茂幅炉）1台1坩埚，20个/组2坩埚钳，长2个，短2个3电炉，1000W，两个并联，23台2.1.4智能水分测定仪3台2.1.5烘干箱3台2.1.6粉碎机3台2.1.7游标卡尺3个2.1.8其它用品1烧杯，30个/组2中号磁盘1个/组；小号磁盘1个/组3毛刷，1个/组4水彩笔，1个/组5瓷质坩埚，20个/组6镊子13把2.2每组领用物品1牛皮纸信封，小号，20个2牛皮纸信封，中号，20个3塑料袋，20个4枝剪，3把5试验指导书，1本2.3每组实验材料准备1采集实验样品：10个树种的枯枝和枯叶，即

4、20个塑料袋的样品2样品的烘干：分别装在小信封和中信封中，在烘箱内烘干12个小时。3实验内容3.1可燃物含水率（FMC）测定（称重法）掌握可燃物样品的采集、称重、烘干和计算可燃物含水率的试验方法，其中包括天平和干燥箱的使用方法。3.1.1试验条件1. 恒温干燥箱（100）；2. 电子天平（0.01g）；3. 牛皮纸信封3.1.2实验方法1. 采集不同树种的样品（树叶）装入牛皮纸信封（装满为止），用电子天平称重，在信封上和记录本上分别记录小组、树种、可燃物种类、重量（取两位小数）；2. 将样品信封放入恒温干燥箱内，在100下烘至恒重（至少8小时以上）。当样品重量在2小时之间变化小于0.01g时，

5、取出称重，记录在信封上和记录本上；3. 烘干样品的同时，另将信封10个称重、记载，放入干燥箱内烘干，在取出样品的同时，取出信封称重，得出信封的烘干前重量（信封湿重）和烘干后的重量（信封干重）4. 由下式求出可燃物含水率（FMC）：3.1.3实验要求1. 每组选择10个树种取样，每个树种取1个枯枝样品，1个枯叶样品。1套枯枝样品和1套枯叶样品，分别用牛皮纸信封装满（100g左右）、封好，用于烘箱法；2. 提交表3-13. 实验结果分析：分析不同树种之间的含水率差异；试验心得与建议。表3-1 可燃物含水率测定记录表（烘箱法）编号树种种类样品湿重（g）信封湿重（g）样品干重（g）信封干重（g）含水率

6、（%）1中文名称拉丁名称枝条枯叶2枝条枯叶3枝条枯叶4枝条枯叶5枝条枯叶6枝条枯叶7枝条枯叶8枝条枯叶9枝条枯叶10枝条枯叶使用仪器与实验过程：说明：重量单位为g，保留2位小数；含水率为百分数，保留2位小数。实验小组：纪录人：2011年 月 日3.2可燃物灰分含量测定可燃物灰分含量的测定流程是：可燃物样品的采集、烘干、粉碎、烘干、称重、燃烧炭化、灰化（不成型）、称重和灰分含量计算。其中包括：粉碎机的使用；可燃物燃烧方法；茂辐炉的使用方法。3.2.1试验条件粉碎机、茂辐炉；恒温干燥箱；电子天平（0.001g）；信封；坩埚；坩埚钳；电炉；干燥器、毛刷、烧杯、瓷盘、胶条、实验服等3.2.2具体方法1

7、. 采样，称重，记录；将样品放入恒温干燥箱内烘干，称重，记录，得可燃物绝干重量（方法同含水率的测定）；2. 用粉碎机粉碎样品；将粉碎后的样品放入坩埚内，放入干燥箱内烘干（应事先称得坩埚的重量），称重，记录；粉碎叶30秒停一次，没碎枝时。先用剪枝剪将枝剪为小段，然后再粉碎约10秒粉碎一次。3. 将坩埚里的烘干试样，在电炉上烧烤到不冒烟为止；（灰化过程）4. 将炭化后的试样置于茂辐炉内，（打开电闸开关前两个：总小闸和马辐炉）在600温度下灰化至恒重（大约48小时，样品已经是松散不成型白色物质，主要是SO2），取出坩埚，称重，纪录；（灰分实验）5. 根据下列公式求出可燃物灰分含量：3.2.3实验要求

8、1. 每组选择10个树种取样，每个树种取1个枝条样品，1个树叶样品。可以使用含水量测定的烘干样品。2. 提交表3-2。3. 实验结果分析：分析不同树种之间的灰分含量差异；试验心得与建议。表3-2 可燃物灰分含量测定记录表（烘箱-茂辐炉法）编号树种种类灰化前样品绝干重量（g）灰化后样品的重量（g）坩埚净重（g）灰分含量（%）1中文名称拉丁名称枝条枯叶2枝条枯叶3枝条枯叶4枝条枯叶5枝条枯叶6枝条枯叶7枝条枯叶8枝条枯叶9枝条枯叶10枝条枯叶使用仪器与实验过程：说明：重量单位为g，保留2位小数；含水率为百分数，保留2位小数。实验小组：纪录人：2011年 月 日3.3可燃物表面积与体积比（s）测定可

9、燃物表面积与体积比的技术流程是：样品的采集；形状分类；推导公式；分别可燃物种类测定；计算各可燃物种类的s值。3.3.1试验条件游标卡尺3.3.2试验方法（1）首先根据可燃物的形状（如圆柱体、半圆体、扇形体、长方体等），确定表面积与体积比的公式。如圆柱体的s为：（2）根据公式，用游标卡尺测定（如圆柱体测定直径d），求出圆柱体可燃物的表面积与体积比。3.3.3实验要求（1）每组选择不同形状的10种可燃物（阔叶树宽叶片、油松针叶、白皮松针叶、草本狭长叶片等），测定可燃物的表面积与体积比。（2）确定每一种可燃物的测定因子，导出所测定可燃物s所需的公式（3）提交表3-3（4）实验结果分析：分析不同可燃物

10、之间的表面积与体积比的差异；试验心得与建议。表3-3 可燃物表面积与体积比测定记录表（游标卡尺法）编号植物名称种类测定因子s公式1中文名称 拉丁名称2345678910使用仪器与实验过程：说明：重量单位为1/mm，保留4位小数实验小组：纪录人：2011年 月 日3.4可燃物紧密度（b）测定可燃物紧密度测定的技术流程是：样方或标准地调查；测定可燃物床层厚度；样方内可燃物分类称重并取样；样品烘干、称重；计算干湿比；计算该层次可燃物的容积密度；从资料查出该类型的可燃物基本密度；计算该层次的可燃物紧密度。3.4.1试验条件皮尺、钢卷尺、天平、恒温干燥箱。3.4.2试验方法1. 设置1×1m或

11、2×2m样方，将样方内可燃物分类称重并取样，同时测定可燃物层的厚度。2. 样品烘干，求出干湿比（R）。3. 样方内可燃物量，分类乘以干湿比，得出样方的可燃物绝干重量（Ws）。4. 从中国主要木材理化性质上查出某种可燃物的基本密度（rb）。5. 由下式求出可燃物紧密度（b）：3.4.3实验要求1. 结合可燃物负荷量调查一起做。每一个可燃物类型求出枯枝落叶层、草本层和灌木层三个可燃物层次的紧密度。2. 提交表3-4。3. 实验结果分析：分析不同可燃物类型之间、同类型的层次之间的可燃物紧密度的差异；试验心得与建议。表3-4 可燃物类型内各可燃物床层的紧密度测定记录表可燃物类型可燃物层次样方

12、面积（cm2）厚度（cm）基本密度可燃物湿重（g）干湿比可燃物干重（g）b枯枝落叶层草本层灌木层枯枝落叶层草本层灌木层枯枝落叶层草本层灌木层枯枝落叶层草本层灌木层枯枝落叶层草本层灌木层枯枝落叶层草本层灌木层使用仪器与实验过程：说明：重量单位为g，保留1位小数实验小组：纪录人：2011年 月 日3.5可燃物热值测定可燃物热值测定的技术要点是：可燃物样品的采集、粉碎、烘干、热值测定。其中重点掌握PARR6300氧弹热量计的使用方法。3.5.1实验条件1PARR6300氧弹热量仪；2试剂和材料：（1）点火丝：直径约0.1mm镍铬丝，长1.5英寸（3.8mm）；点火棉线：等长的10至15根同时放在分析

13、天平上称量，计算每根点火丝的平均重量。（2）氧气：不应有氢和其它可燃物，禁止使用电解氧气。（3）3个专用配套铜质坩埚（约13克左右）（4）已经被手动压饼器压好的样本（5）氧弹头支架、长镊子、卫生纸、大烧杯3.5.2操作步骤及计算方法1操作步骤：（1）打开热量仪主机（左、后、上方）、打印机（右侧、中、下）和水循环器（右、下方）电源开关，接通水冷却器电源插头，打开氧气调压阀开关（逆时针方向），调整氧气压力至450Psi（30Bar）。（2）等待至量热仪显示主菜单后，点击“Calorimeter Operation”（量热仪操作）键，进入其子菜单，点击“Heater and pump”（加热和泵）键

14、使其由“Off”状态变为“On”。此时，“Jacket Temperature”（外桶温度）开始升高，当外桶温度升高至30±0.5摄氏度且达到平衡状态后，“Start”（开始）键和“Start Pretest”（预测试开始）键将会由灰暗变为高亮，此时就可以进行测试和预测试了。（3）每天开机后进行第一次样品测试前应首先运行“Start Pretest”（预测试）以检查仪器各部分状况。装上氧弹弹头，盖上仪器盖子，点击“Start Pretest”键即可进行预测试了，整个预测过程中应无报错信息。（预测试不需放置样品和棉线）（4）将称好的样品放在坩埚中，将坩埚放置在氧弹弹头的坩埚支架上，安装

15、好点火棉线并保证其与样品充分接触。安装氧弹弹头，盖上量热仪盖子，按下“Start”（开始）键开始测试，量热仪会提示操作者输入样品编号、氧弹号（不用输，默认为1号）、样品质量、助燃剂质量（不用输）等参数。（5）测试开始后，显示屏下部状态栏将会依次显示Fill（充氧）、Preperiod (点火前期)、Fire（点火）、Postperiod（点火后期）、Cool/Rinse（冷却/冲洗）几种状态，直至测试结束后恢复为Idle（空闲）状态，同时状态条也将由红色恢复为绿色，此时测试结束，打印机会自动打印出测试结果。（6）测试结束后，打开量热仪盖子，取下氧弹弹头，放置于铁架台上，取下坩埚，用纱布擦干弹头

16、，下面就可以进行下一个样品的测试了。（7）每天测试工作结束后，用专用镊子将弹筒底部过滤筛取出，冲洗上面残留的燃烧产物，然后用去离子水或纯净水冲洗后放回弹筒底部，关掉氧弹量热仪主机、打印机、水循环器电源，拔掉水冷却器电源插头，关闭氧气阀门开关。2注意事项（1） 氧弹量热仪应放置在专门的实验室内，室温以15-25摄氏度之间为宜，每次测试室温变化不应超过1摄氏度。室内不能有强烈的冷源、热源及空气对流。（2）氧气调压阀出口压力应设为450Psi（30bar），最高不可超过590Psi（40bar），如发现氧气泄露或氧压过高则不可点火，应立即按“Abort”键中止测试，将故障排除后方可重新进行测试。（3

17、）样品燃烧所释放的热量不能超过8000Cal，一般情况下样品质量不能超过1.1g，最大不能超过2.0g。当测试不熟悉的样品时，样品质量不能超过0.7g，对于含硫试样的测试应保证硫含量不超过50mg，对于含氯试样的测试应保证氯含量不超过100mg。（4）安装点火棉线前注意要擦干点火丝及点火电极、坩埚支架，同时点火棉线一定要与测试样品充分接触以保证点火成功。应定期用橡皮清洁量热仪盖子与氧弹弹头的点火电极以保证点火电极接触良好。（5）测量开始前一定要将量热仪盖子盖好，然后再点击“Start”键，当测量开始后，显示屏底部状态条将会由绿色变为红色，而当测试结束后，状态条又会由红色变为绿色，只有此时才可以

18、打开量热仪盖子。严禁在测试过程中打开量热仪盖子。（6）测试过程中禁止进行量热仪的其它操作，如浏览菜单、修改参数、更换纯净水等等，以免影响量热仪正常工作。听到点火提示声音后半分钟内应适当远离量热仪。（7）定期检查水循环器水箱及水冲洗罐的水量，水循环器水量以低于水箱侧面水管3cm左右为宜，而水冲洗罐水量以保证能进行正常冲洗为宜。（8）每天测试开始前应使用去离子水或纯净水润湿弹头与弹体之间的密封圈以保证密封及良好的润滑，每个工作日后应清洗氧弹底部的过滤筛以清除燃烧灰烬。（9）每天测试结束后关掉所有仪器电源开关，尤其应注意拔掉水冷却器电源插头，每天应检查水路、气路管线是否有泄漏、堵塞、折死等现象出现，

19、以保证仪器正常工作。3.常见故障及排除（1）点火失败（A Misfire Has Been Detected）原因： 点火棉线未接触试样 点火棉未被水浸湿。处理：重新安装点火棉线并使其与被测试样接触良好 擦干氧弹头上的水，更换一根干燥的点火棉线。（2）点火丝开路（Fuse Circuit Open）原因：点火金属丝断开；点火电极杆上有积碳。处理：更换点火丝并用螺钉固定好（点火丝长度为4.5英寸）； 用橡皮擦除点火电极杆上的黑色积碳。（注：此积碳需定期清除）（3）点火前期超时（A Preperiod Timeout Has Occurred）原因：氧弹头内的单向阀907DD断开；氧弹漏气。处理：

20、更换单向阀907DD 更换氧弹相关密封圈：821DD×2，1081DD，667DD等。（4）冷却超时（Could Not Cool, The Bomb Successfully）原因：水冷器不工作；水冷器温度设置不当；水冷器散热器散热不良。 处理：确认电源正常，插好水冷器电冷插头 顺时针方向调节温控器使水温降低（调一点就可以）；清洁水冷器散热器的灰尘，使其散热良好。（5）不能排气：当测量结束后，仪器不能排气。原因：氧弹密封/释放电磁阀失效 氧弹密封/释放活塞杆被卡住处理：进入诊断程序，找到Romb Release分别按“1”和“0”键，应能听到电磁阀的动作响声，若听不到响声则可能是电

21、磁阀失效，须更换电磁阀；若能听到电磁阀的响声，则是氧弹密封/释放活塞杆被卡住了。这时，需做以下工作：a.打开盖子b.拧下氧弹头上固定白色塑料压板的三颗螺钉；c.稍微拧松电极杆的固定六角螺钉（不要拧下，拧松即可），用手轻轻摇动电极杆，这时氧气从此处满满的放出。d.氧气放完后，重新拧紧电极杆的紧固六角螺田，安装上白色压板及三颗固定螺钉。e.取出仪器底部氧弹密封/释放活塞杆，用水清洗干净，涂抹少许密封/润滑脂（811DD），再重新安装好。注：氧弹筒内的过滤筛子每天至少清洁一次。f.装好氧弹头，做一次预测试。3.5.3实验要求1每组选择10个树种，每个树种取枝、叶2个样品，共取20个样品2提交表2-5

22、3实验结果分析：分析不同树种之间、同树种枝、叶的热值差异；试验心得与建议。表3-5 可燃物热值测定记录表（氧弹热量计法）仪器热容量计算 仪器编号：编号试样名称点火棉线重量g试样重量g氧弹头标号试样热值（J/g）备注1中文（拉丁学名）234567891011121314151617181920说明：重量单位为g，保留4位小数；热量单位为J，保留4位小数。实验小组：纪录人：2011年 月 日3.6可燃物燃点测定燃点和闪点的概念燃点是指可燃物质加温受热，并点燃后，所放出来的燃烧热，能使该物质挥发出足够量的可燃蒸气来维持燃烧的继续。此时加温该物质所需的最低温度，即为该物质的燃点。也称为着火点。物质的燃

23、点越低，越容易燃烧。闪点是指可燃液体挥发出来的蒸气与空气形成混合物，遇火源能够发生闪燃的最低温度。闪点与燃点不同，闪点略低于燃点。可燃物燃点测定的技术要点是：可燃物样品的采集、粉碎、烘干、燃点测定。其中重点掌握点着火温度仪的使用和可燃物燃点的测定过程。3.6.1实验条件SYD-267开口闪点试验器、打火机、燃气瓶、橡胶管、温度计（400）3.6.2实验方法1、本仪器按照GBT267-88石油产品闪点及燃点测定法（开口杯法）所规定使用。将细砂装入外坩埚中，使细砂表面距离内坩埚的口部边缘约12mm，并使内坩埚底与外坩埚底部之间保持厚度58mm砂层。对闪点在300以上的试样进行测定时，两只坩埚底部之

24、间的砂层厚度允许酌量减薄。2、将试样装入内坩埚中，试样液面至坩埚中规定刻线。3、将装奸试样的坩埚平稳地放置在电炉中，将温度计垂直地固定在温度计夹上，并使温度计的水银球位于坩埚中央与坩埚底和试样液面的距离大致相等。4、加热坩埚，首先顺时针旋转加热调节旋钮，全功率加热，迅速升高试样的温度，当试样温度达到预计闪点前60时，逆时针旋转加热调节旋钮，调整加热速度，使试样温度达到闪点前40时能控制升温速度为每分钟升高4±1。5、试样温度达到预计闪点前10，将点火器的火焰移至距离试样液面1014mm处（放松滚花螺丝，调整引火器高低位置，再紧固滚花螺丝）。6、接通煤气，调节引火器针阀，使点火器的火焰

25、长度调整为34mm。7、将点火器火焰按规定划过试样表面，以点火器火焰使试样表面上的蒸气发生闪火的最低温度，作为该试样开口杯法的闪点。继续进行试验，直到用点火器火焰使试样发生点燃，并至少燃烧5秒时的最低温度，作为该试样开口杯法的燃点。3.6.3实验要求1每组选择10个树种，每个树种取枝、叶2个样品，共取20个样品2提交表3-63实验结果分析：分析不同树种之间、同树种枝、叶的燃点的差异；试验心得与建议。表3-6 可燃物闪点、燃点测定记录表（开口闪点试验器法）编号树种种类试验样品绝干重量（g）闪点（）燃点（）备注1枝条枯叶2枝条枯叶3枝条枯叶4枝条枯叶5枝条枯叶6枝条枯叶7枝条枯叶8枝条枯叶9枝条枯叶10枝条枯叶使用仪器与实验过程：说明：重量单位为g，保留2位小数；温度，保留1位小数。实验小组：纪录人：2011年 月 日3