热颗粒点燃可燃材料是导致城市-森林火灾发生的重要诱发途径，该类点燃使得火前锋加速跳跃式蔓延（见“飞驰的野火”飞火颗粒如何加速林火蔓延）。该类事故常见于热颗粒点燃建筑外墙保温材料（图1a-b），建筑保温塑料泡沫的优势及其诱发事故案例（见烟花颗粒如何点燃外墙泡沫塑料）。
图1：塑料泡沫建筑火灾事故(a-b)与切割作业中热颗粒产生过程(c)及热颗粒的速度、温度分布(d)热颗粒通常以一定速度落至可燃材料，以切割过程（图1c-d）为例，如图产生的热颗粒以1 - 17 m/s速度接触燃料床[1]。已有文献初步研究热颗粒在低自由落体下近乎静态的点燃过程[2-4]，但是极少有文献系统研究热颗粒飞行速度对其点燃特性的影响。
因此，我们设计出一套全新的实验装置（ZL 202210569519.6，如图2所示），可将高温颗粒加速至 5 - 20 m/s，探究高速飞行的热颗粒对外墙泡沫材料的保温的点燃过程 [5]。
图2：高温颗粒的加速装置及高速热颗粒与泡沫的三种接触情况研究发现，当颗粒温度为1150 ℃时，其嵌入的最小速度为12.00 m/s。随着颗粒温度的升高，嵌入的临界速度会略有降低。1150 ℃、8.5 m/s热颗粒实验现象如所示，颗粒短暂（不足以产生足够可燃混合气）接触泡沫表面而被迅速弹飞。换言之，速度位于5.00-12.00 m/s的热颗粒即使温度高达1150 ℃也不能点燃塑料泡沫。
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若颗粒足以嵌入，但温度较低，也不会发生点燃。
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实验中热颗粒点燃现象多发生在颗粒嵌入燃料床后，因而热颗粒能否嵌入泡沫将影响其点燃过程。主要成功点燃实验现象是：
（一）完全嵌入闪点点燃
当热颗粒嵌入泡沫的内部，颗粒在滑落至泡沫底部时发生点燃现象，火焰持续一段时间熄灭，并没有造成燃料床完全消耗（闪点点燃）。
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高速热颗粒的闪点点燃 Flash point
当颗粒部分嵌入泡沫，颗粒在向下运动中热解燃料床，释放的热解气体与空气接触并混合，最终出现更为剧烈的点燃现象。火焰持续燃烧最终消耗整个泡沫，燃烧中还观察到了滴落火的现象。![]()
图5：高速热颗粒的火点点燃 Fire point
随着颗粒温度的升高或是粒径的增加，越容易产生点燃现象，这一趋势与前期低速颗粒的研究结果相同[2-4]。但与接近静态或是自由落体速度的热颗粒点燃EPS泡沫相比，由于高速颗粒与燃料床较短且不足以形成可燃混合物，高速飞行的热颗粒需要提升150-250 ℃温度才能产生点燃现象。根据颗粒与燃料床接触速度与接触时间理论，分析推测：继续加速热颗粒，应会出现“击穿塑料保温材料，而不点燃”的实验现象。该研究进展已发表于《Fire Safety Journal》，基于颗粒的临界嵌入、点燃等现象与主控机制的分析，有助于我们更深入了解森林-城市火灾中飞行热颗粒对燃料的点燃风险。相关链接文献
[1] Liu Y, Urban J L, Xu C, et al. Temperature and Motion Tracking of Metal Spark Sprays. Fire Technology, 2019, 55(6): 2143–2169.[2] Wang S, Zhang Y, Huang X. Ignition of EPS foam by a hot moving hollow particle: Threshold, auto-ignition, and fire point. Combustion and Flame, 2021, 232: 111524.[3] Wang S, Huang X, Chen H, et al. Ignition of low-density expandable polystyrene foam by a hot particle. Combustion and Flame, 2015, 162(11): 4112–4118.[4] Wang S, Zhang C, Wang K, et al. Ignition limit of EPS foam by a hot particle under the crosswind. Case Studies in Thermal Engineering, 2023, 51: 103523.[5] S. Wang, K. Wang, C. Zhang, X. Huang, Spotting Ignition of Plastic Form by a Fast-Moving Hot Metal Particle, Fire Safety Journal, 2024, 104253. 王苏盼：南京工业大学教授，研究领域包括飞火点火动力学、木质材料的火灾行为、沸腾液体蒸汽及气体爆炸、火灾安全应用等。
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黄鑫炎：香港理工大学副教授、博士生导师，研究领域包括基础燃烧科学和火灾安全应用。
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图文 | 王苏盼
审核 | 黄鑫炎
