燃料燃烧释放的烟气,对人体健康、空气质量和全球的气候均造成严重的危害;同时,火灾烟颗粒物理特性是早期火灾探测器的重要特征参量。因此,研究不同工况条件下烟颗粒形貌特征、尺度分布和烟颗粒光学检测原理,对环境污染的治理、保护人类身体健康和提高产品性能具有十分重要的应用价值。首先,本文利用自行搭建的小尺寸实验平台,以煤油、柴油、天然乳胶泡沫和桦木木垛为燃料,采集不同采样点位置、不同燃料、不同停留时间条件下的烟颗粒样品,利用场发射电镜扫描仪观察烟颗粒的图像,结合相关的图像处理软件,测量和统计不同工况条件下烟颗粒尺度分布。其次,依据烟颗粒的光学特性,对烟颗粒的光学检测原理进行研究。研究结果如下:随着采样点位置的增高,附着在采样网表面的烟颗粒团聚体增多;当采样点位置低于1.0 m时,桦木木垛燃烧产生的烟颗粒表面覆盖大量的焦油,随着采样点位置的升高,覆盖的焦油量减少,乳胶和柴油燃烧产生的烟颗粒为近似球形的初始粒子组成的团聚体,边界较为清晰。当采样点位置高于1.0 m时,桦木木垛燃烧产生的烟颗粒表面覆盖的焦油减少,随着高度的增加烟颗粒逐渐显露出来;在天然乳胶泡沫的燃烧过程中产生的烟颗粒,表面附着有大量的碎片灰。附着在采样网表面烟颗粒团聚体之间的间隙随着停留时间的增加而变大。柴油、煤油燃烧产生的烟颗粒初始粒子的粒径分布在50-70 nm范围内,桦木木垛和天然乳胶泡沫燃烧产生的初始粒子的粒径主要分布在40-50 nm、60-85nm之间。由此可知,三种燃料燃烧产生的初始粒径的平均粒径大小为:D_乳胶>D_柴油>D_桦木木垛,表明化学的组成成分对烟颗粒的粒径的影响程度较大。停留时间从30 s增加到240 s时,随着采样点位置的升高,粒径的大小随停留时间的增长其增大的趋势更加明显,说明烟颗粒的大小和停留时间、采样点位置相关。基于以上数据,对烟颗粒的光学检测原理进行分析,其结果表明:柴油和桦木木垛燃烧产生的烟颗粒符合不相关散射条件,而天然乳胶泡沫的不符合。以朗博-比尔定律为原理,结合Mie理论计算可知,在入射光波长不变的情况下,随着烟颗粒的粒径的增大,烟颗粒的消光系数和散射系数之间的差值增大。