[科普中國]-熱波

熱波是沸程較寬的混合液體，主要是一些重質油品，如原油、渣油、蠟油、瀝青、潤滑油等等，由于沒有固定的沸點，在燃燒過程中，火焰向液面?zhèn)鬟f的熱量首先使低沸點組分蒸發(fā)并進入燃燒區(qū)燃燒，而沸點較高的重質部分，則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降，形成一個熱的鋒面向液體深層傳播，逐漸滲入并加熱冷的液層。這一現象稱為液體的熱波特性，熱的鋒面稱為熱波。

定義沸程較寬的混合液體，主要是一些重質油品，如原油、渣油、蠟油、瀝青、潤滑油等等，由于沒有固定的沸點，在燃燒過程中，火焰向液面?zhèn)鬟f的熱量首先使低沸點組分蒸發(fā)并進入燃燒區(qū)燃燒，而沸點較高的重質部分，則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降，形成一個熱的鋒面向液體深層傳播，逐漸滲入并加熱冷的液層。這一現象稱為液體的熱波特性，熱的鋒面稱為熱波。1

熱波作用熱波作用就是重質油品燃燒時，處于燃燒面的輕餾分被燒掉，被燃燒熱和輻射熱加熱的重餾分逐步下沉，熱量向油品深層傳遞，從而形成一個向油品深層不斷發(fā)展的界面，這種現象通常稱為熱波。而冷熱油界面稱為熱波面。熱波面的溫度可達149～316℃。油品在熱輻射和熱波的共同作用下，當溫度達到油品沸點時，則發(fā)生沸騰和外溢。或者熱波將油品中的懸浮水滴加熱汽化，被油膜包圍形成泡沫，當油泡沫突破油層壓力上升至油面時出現突沸。更為嚴重的是熱波面?zhèn)鬟f到水墊層時，水被汽化，體積急劇膨脹增大（水變?yōu)檎羝篌w積可達其原體積的1700倍），壓力升高，將上部油品抬起，最后突破油層而發(fā)生噴濺。對油庫安全來說，決不能因重質油品閃點高，著火危險性小而放松防火的警惕。另外，熱波性只有在寬沸點范圍的油品明顯存在，如原油、重油等。而汽油、煤油等，由于沸點范圍較窄，各組分密度差別不大，熱波面向油品深層推移速度與油品燃燒的直線速度基本相等，所以不會發(fā)生沸騰、突溢、噴濺現象。1

紅外熱波技術紅外熱波技術又稱紅外熱成像技術，是一種跨越專業(yè)形成的科學技術手段，它的研究與應用，為我國航空航天、軍用設備或民用物質的安全檢測設定了重要保障。不僅是我國，作為科技發(fā)達國家的美國，也在各種重要機構中運用到了該技術。2003 年，我國將該項技術研究正式納入國家級 863 科學研究計劃中，由此可見紅外熱波無損檢測技術在各國科技發(fā)展中的重要地位。

紅外熱波無損檢測技術的工作原理紅外熱波無損檢測技術的原理是指：通過熱激勵源進行被檢測物質外部主動加熱，并在被檢測物質的表面發(fā)出熱波的同時向物質內部傳播，再通過熱成像儀記錄被檢測物質內部熱波傳播過程不同所形成的表面溫度差異，最終由檢測結果得到的熱成像圖來進行判斷物質內部結構損傷并進行分析。在這個工作原理下，該技術在為我國物質內部結構檢測損壞程度降低上面，取得了重大成就。

紅外熱波無損檢測技術的特點與傳統(tǒng)的破環(huán)被檢測物質構成的檢測方法相比，紅外熱波無損檢測技術在所有金屬與非金屬物質檢驗過程中，不僅不會破壞物質結構構成，還在檢測時間上進行了提速，每次檢測只需要花費幾十秒鐘。同時，對檢測物質的面積大小沒有任何限制，這種紅外熱波無損檢測技術十分有利于各類飛機以及軍用物品檢測工作的開展。2

紅外熱波無損檢測技術的應用1 在混凝土結構缺陷檢測中的應用

由于紅外熱波無損檢測技術的安全性能極強和全天候的特點，十分適合圍繞建筑物外墻裝飾面磚粘貼質量進行無損檢測。紅外熱波無損檢測技術對水泥沙石類的溫度與強度的傷損與紅外熱像圖特點之間的關系十分敏感，運用兩者之間的定量關系，進行混凝土火災等方面的檢測與評定，從而能夠將火災等傷害給混凝土外墻帶來的損失，通過紅外熱像的溫度上升時間點進行一系列的總結，規(guī)劃出數學方程式，從而對從數學計算分析中統(tǒng)計本次損失數據具有極大的說服力量。2

2 在食品氨基酸檢測中的應用

在食品氨基酸檢測中，紅外熱波無損檢測技術具有分析速度快、可以同時檢測多種組分構成，而且具有綠色檢測的美名，并且操作和維護比較簡單，對相關從業(yè)人員的專業(yè)要求不會太高，從而在整個操作過程中降低人為操作誤差。以當前的紅外熱波無損檢測技術來講，從檢測原料到整個產品的反應過程十分節(jié)省時間，這也將是食品檢驗行業(yè)的發(fā)展方向之一。

3 在復合材料檢測中的應用

紅外熱波無損檢測技術在復合材料檢測中也發(fā)揮了重要的作用。以復合材料中的復合材料層合板為例，該復合材料是一種先進的結構材料，在剛度、強度、耐高溫以及耐磨程度方面十分強大。但是無論任何事物都有缺憾的一面，復合材料無法避免的缺點就是層與層之間強度低，一旦受到外來力量沖擊，就會造成結構承載及損傷能力下降等傷害。紅外熱波無損檢測技術可以通過紅外線熱像儀實時監(jiān)控復合材料層合板的表面溫度，并及時記錄各部的溫度變化，利用溫度變化差異值來定位出合板內部的缺陷位置，從而達到檢測目的。2

紅外熱波無損檢測技術的發(fā)展前景自 21 世紀以來，國際上各個國家競相開展關于紅外熱波無損檢測技術的改進研究。美國、俄羅斯、法國等國家已經將紅外熱波無損檢測技術應用于飛機復合材料內部缺陷構成中，我國在該項技術相關工作崗位從事人數已經相當之多，說明該技術已經逐漸涉及到科研、經銷、工程以及食品安全等多重領域。紅外熱波無損檢測不僅能夠對被檢測物質的損傷、腐蝕等物質的具體地點進行鎖定，還能根據其發(fā)展規(guī)律進行模擬，進而監(jiān)控，從而保證物質在使用過程中損傷容限理論的有效執(zhí)行。

綜上所述，由于紅外熱波無損檢測技術在國內取得了重大的進步，從而在應用與宣傳發(fā)展方面也獲得了不小的成果。為了鼓勵該技術的不斷更新完善，我國首次成立了紅外資質認證培訓中心，并制訂了一系列的國家標準，為國內的紅外熱波無損檢測技術發(fā)展提供了強有力的支持。2

本詞條內容貢獻者為:

蒲富永 - 教授 - 西南大學