火災(zāi)蔓延綜合分析幻燈片

1、1,防火防爆,河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2,三、可燃固體表面的火災(zāi)蔓延 相對(duì)于氣體可燃物和液體可燃物而言，固體可燃物的燃燒過(guò)程比較復(fù)雜。因此，固體可燃物的火災(zāi)蔓延過(guò)程也比較復(fù)雜。 （一）塑料棒的火災(zāi)蔓延 為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，先以塑料棒或板等單一試件為例，分為三種情況：上端著火，火向下蔓延；下端著火，火向上蔓延；中間著火，火向兩邊蔓延。中間著火實(shí)際上就是前面兩種情況的綜合，這里不單獨(dú)介紹。圖2-20為上或下端著火后，火蔓延的過(guò)程圖。,3,4,從圖可以看出，著火的部位不同，傳熱情況不同，所以火蔓延的速度也不同。在無(wú)相對(duì)風(fēng)速條件下，下端著火、火向上蔓延時(shí)，因燃燒后的高溫燃?xì)饬鹘?jīng)未燃燒部分的表面，所以對(duì)流換熱作

2、用很強(qiáng)，未燃燒部分通過(guò)對(duì)流傳熱能從高溫燃?xì)獾玫礁嗟臒崃浚瑢?duì)未燃燒部分的熱解、氣化有利，因此火的蔓延速度快；而上端著火，火向下蔓延時(shí)，因?yàn)楦邷責(zé)煔獠涣鹘?jīng)未燃燒部分，對(duì)未燃燒都分的傳熱量少，因此火的蔓延速度就慢。,5,（二）板的火災(zāi)蔓延 板的厚度對(duì)火蔓延速度有較大影響。當(dāng)板厚較小時(shí)，向預(yù)熱區(qū)的傳熱方式主要為氣相傳熱；當(dāng)板厚較大時(shí)，向預(yù)熱區(qū)的傳熱方式主要為固體內(nèi)部傳熱。傳熱方式的變化導(dǎo)致火蔓延速度的變化。圖2-21為有機(jī)玻璃板火蔓延速度與厚度的關(guān)系。板厚度增加，火蔓延速度減??；板厚度超過(guò)某一值后，火蔓延速度趨于某一常值。,6,根據(jù)火蔓延速度（VF）、板厚度、板表面溫度（Ts）三者之伺關(guān)系的研究結(jié)果

3、，在板厚度較小時(shí)，火蔓延速度與固體可燃物的氣化溫度（Tv）同固體可燃物的表面溫度差（Tv-Ts）成反比；在板厚度較大時(shí)，火蔓延速度（VF）與 (Tv-Ts)2 成反比。這說(shuō)明：對(duì)于厚度大的固體可燃物，其表面溫度對(duì)火蔓延速度有顯著影響。,7,下圖為下端著火，向上蔓延火的熱分解、氣化區(qū)的擴(kuò)大速度（Vp）與著火距離之間的關(guān)系。,8,圖中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：熱分解、氣化區(qū)的擴(kuò)大速度隨著火距離的增大而增大。火焰在距離著滅點(diǎn)10-15mm處從層流火焰轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧骰鹧?，以后熱分解、氣化區(qū)的擴(kuò)大速度（火蔓延速度）隨著火距離（x）成正比增大。這充分體現(xiàn)了已燃高溫燃?xì)獾念A(yù)熱效果，而這種效果是一種綜合效果，需要注意各

4、種參數(shù)之向的相互關(guān)系。,9,當(dāng)改變材料的種類時(shí)；固體可燃物內(nèi)部熱流的分布規(guī)律變化不大，但相對(duì)位置和絕對(duì)值都有明顯的變化。這表明：火焰形狀和最高溫度都有變化，并引起傳熱關(guān)系的變化，特別要注意對(duì)流傳熱項(xiàng)相對(duì)重要性的變化。 前面所討論的塑料棒或板的燃燒，只涉及到材料的兒何形狀、著火位置、環(huán)境條件等對(duì)燃燒過(guò)程的影響，而役有考慮燃燒過(guò)程中固體可燃物受熱后液化或結(jié)焦的影響。受熱后液化的可燃物，其燃燒特性其有液體燃料燃燒特性。受熱后結(jié)焦的可燃物，會(huì)在表面形成一層焦殼，焦殼一般都具有較強(qiáng)的隔熱性，可使內(nèi)層物質(zhì)不受高溫的影響。所以對(duì)上述兩種情況燃燒特性的討論必須結(jié)合可燃物的性能進(jìn)行。由于可燃物種類繁多，使得此項(xiàng)

5、工作難進(jìn)行，目前多采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量辦法給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。,10,由于實(shí)驗(yàn)中采用的試件尺寸較小，用于大試件時(shí)應(yīng)作適當(dāng)修正，必須考慮熱輻射的影響。尤其在環(huán)境氧氣濃度較大時(shí)：燃燒速度較快、火焰溫度較高，燃燒放出的熱量較多地返回可燃物表面，起到使燃燒速度加快的作用；另外，因揮發(fā)份產(chǎn)生速度的增加，在可燃物表面形成了一層揮發(fā)份，這層揮發(fā)份吸收了火焰的輻射熱，同時(shí)揮發(fā)分的流動(dòng)又降低了可燃物表面的對(duì)流傳熱，所以還有減慢燃燒速度的作用。,11,（三）木材等天然固體可燃物表面的火災(zāi)蔓延 火焰沿橫紋方向的蔓延速度大于順紋方向的蔓延速度，大約1.3倍。在森林火災(zāi)和建筑火災(zāi)中的木質(zhì)可燃物，沿橫紋方向燒損程度往往比較嚴(yán)重，就是這

6、個(gè)道理。因此，木材的燒損程度應(yīng)當(dāng)用燒痕的深度來(lái)表示，而不宜用燒痕的面積來(lái)表示，這對(duì)判斷過(guò)火林木的使用價(jià)值有重要意義。 木材尺寸（可理解成樹(shù)木的年齡）、木條傾斜角、樹(shù)種等都對(duì)火蔓延速度有顯著影響。在木條有傾斜角時(shí)，木條橫截面的高度與厚度對(duì)火蔓延速度的影響并不相同。厚度增加時(shí)，火蔓延速度下降；高度增加時(shí)，火蔓延速度增加。這是因?yàn)楦叨仍黾訒r(shí)，相當(dāng)于垂直方向的長(zhǎng)度增加，所以火焰對(duì)上部木條的預(yù)熱作用加強(qiáng)，導(dǎo)致火蔓延速度增加。,12,環(huán)境溫度升高時(shí)，因木材的熱解、氣化速度迅速增加，火的蔓延速度也相應(yīng)迅速增加。在大面積森林火災(zāi)中，局部可能形成這樣的高溫環(huán)境，使得著火的危險(xiǎn)性和火災(zāi)蔓延速度增加。,13,（四）

7、薄片（紙等）固體可燃物表面的火災(zāi)蔓延 薄片（紙等）固體應(yīng)用很廣，一旦著火燃燒，火的蔓延規(guī)律又獨(dú)具特色，所以單獨(dú)作些介紹。這種固體可燃物厚度很小，但是面積很大，總的質(zhì)量不大，熱容也不大，受熱后升溫很快。大量的研究結(jié)果表明：薄片固體可燃物的質(zhì)量燃燒速度等于固體可燃物的氣化速度，而固體可燃物的氣化速度與外部向固體可燃物的傳熱量有關(guān)。圖2-27為某些薄片固體可燃物的質(zhì)量燃燒速度與外部向固體可燃物的傳熱關(guān)系曲線。,14,盡管薄片固體可燃物的種類不同，但與傳熱量基本都呈線性關(guān)系。這實(shí)質(zhì)上反映了溫度對(duì)燃燒過(guò)程的影響，碳片的燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這點(diǎn)。當(dāng)溫度在1000oC以下時(shí),碳片燃燒只有表面反應(yīng)，所以相應(yīng)的

8、溫度分布、氧氣濃度分布和二氧化碳濃度分布如圖（a）所示；當(dāng)溫度在1000oC以上時(shí)，碳片燃燒除表面反應(yīng)之外，還有空間反應(yīng)，所以相應(yīng)的特性曲線如圖（b）所示。上述結(jié)果可以用來(lái)預(yù)側(cè)，貼在墻上的紙著火之后的蔓延速度，窗簾著火之后的蔓延速度等。 圖 不同溫度下碳片燃燒的特性曲線,15,薄片固體可燃物在燃燒過(guò)程中，溫度是不斷變化的，這必然引起自然對(duì)流及傳熱過(guò)程的變化，最后又影響到燃燒過(guò)程的變化。由此可見(jiàn)，溫度是整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)燃燒過(guò)程直接影響的參數(shù)是相對(duì)速度。所以對(duì)火蔓延速度與相對(duì)速度的關(guān)系進(jìn)行研究是必要的。下圖位紙的平均火蔓延速度與相對(duì)速度的關(guān)系。,16,按照相對(duì)速度的大小，可以分成三個(gè)不同的區(qū)

9、域： I區(qū)：u85cm/s，屬于自然對(duì)流范圍。相對(duì)速度增加時(shí)，火蔓延速度下降。在每一種相對(duì)速度下，火的蔓延過(guò)程有個(gè)加速現(xiàn)象； II區(qū)：85u125cm/s，在此速度范圍內(nèi)，火焰很不穩(wěn)定，紙中間部分的火蔓延速度忽快忽慢，紙兩邊的火蔓延速度比中間的慢很多，火焰的整體形狀變尖； III區(qū)：u125cm/s，火焰蔓延速度進(jìn)一步下降，但均勻了，也就是說(shuō)邊上與中間的火蔓延速度基本相同，但有局部加速的現(xiàn)象。如果速度再增加，就會(huì)發(fā)生熄火現(xiàn)象。,17,為了分析上述現(xiàn)象，需要對(duì)紙面附近的氣相溫度及分布進(jìn)行研究。為此，在距離初始著火10cm、距離紙面0.1cm處，安裝一支熱電偶。對(duì)應(yīng)I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)的實(shí)驗(yàn)條件

10、，測(cè)得相應(yīng)的溫度時(shí)間曲線。結(jié)果表明：在I區(qū)未燃側(cè)受火焰前峰高溫氣體的預(yù)熱作用明顯，氣相溫度變化并不很規(guī)則、但總的趨勢(shì)是溫度不斷升高；在II區(qū)里高溫氣體的預(yù)熱作用呈周期性變化，其原因是高溫氣體與環(huán)境氣體交替流過(guò)該處所致；III區(qū)里高溫氣體的預(yù)熱作用只限于緊靠火焰前峰的一小部分，其他部分幾乎不受預(yù)熱影響。對(duì)火焰前峰附近流場(chǎng)的進(jìn)一步觀測(cè)結(jié)果，證實(shí)上述分析是正確的。,18,二、可燃固體微粒物中的火災(zāi)蔓延,實(shí)驗(yàn)裝置有上開(kāi)口、下開(kāi)口和上開(kāi)口三種,著火位置相同 （上平面中心）,19,上述結(jié)果表明：開(kāi)口狀態(tài)對(duì)燃燒規(guī)律有顯著影響，但初期的影響較弱，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，其影響效果越加明顯。其原因是開(kāi)口狀態(tài)影響氧氣供應(yīng)

11、、氣流流動(dòng)和傳熱情況，最后影響到燃燒情況。,20,著火位置對(duì)燃燒情況有顯著影響 三種開(kāi)口狀態(tài)的燃燒強(qiáng)度順序?yàn)椋荷舷戮_(kāi)口、上方開(kāi)口、下方開(kāi)口，這里燃燒強(qiáng)度指陰燃,21,火災(zāi)蔓延過(guò)程的綜合分析,火旋風(fēng) 由于風(fēng)向、地理形態(tài)、建筑物的影響，火災(zāi)在蔓延的過(guò)程中會(huì)形成旋轉(zhuǎn)火焰，即火旋風(fēng)。 它通常分為垂直火旋風(fēng)和水平火旋風(fēng)，它的出現(xiàn)使得火蔓延速度和火強(qiáng)度大大增加。,22,23,第二節(jié) 火災(zāi)發(fā)展變化的規(guī)律,24,一、火災(zāi)發(fā)展變化的基本階段 火災(zāi)是指在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。 通過(guò)對(duì)火災(zāi)的科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)，我們大致可以從一般意義上把最常見(jiàn)的建筑物室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程分為初起、發(fā)展、猛烈、下降、熄滅

12、五個(gè)階段。,時(shí)間溫度曲線表示,25,（一）初起階段,1、定義：一般固體可燃物質(zhì)著火燃燒后，在15分鐘內(nèi)，燃燒面積不大，火焰不高，輻射熱能不強(qiáng)，煙氣流動(dòng)緩慢，燃燒速度不快，此階段為初起階段。,26,2、特點(diǎn)：面積小，溫度低、速度慢、易撲救。 火災(zāi)的初起階段，是撲救的最好時(shí)機(jī)。 裝飾裝潢大量采用可燃材料，使得火災(zāi)發(fā)生后，初起階段的時(shí)間明顯縮短，起火后迅速蔓延擴(kuò)大，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，這不能不引起大家的高度重視，同時(shí)也說(shuō)明嚴(yán)格按照有關(guān)消防規(guī)范進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)、建造和裝修的必要性和重要性。,27,（二）發(fā)展階段,1、定義：如果初起火災(zāi)沒(méi)有及時(shí)被發(fā)現(xiàn)火撲滅，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度升高，周圍的可燃物質(zhì)或建筑

13、構(gòu)件被迅速加熱，氣體對(duì)流增強(qiáng)，燃燒速度加快，燃燒面積迅速擴(kuò)大，即進(jìn)入了燃燒的發(fā)展階段。,主要表現(xiàn)為：大量煙氣、火焰竄出門、窗，房蓋、局部建筑構(gòu)件被燒穿，建筑物內(nèi)部充滿煙霧，火勢(shì)突破外殼向整體蔓延。,28,2、特點(diǎn)：溫度升高，火焰增大，煙氣較濃，突破外殼。 需要警示的是：如果錯(cuò)過(guò)了火災(zāi)最佳的撲救時(shí)機(jī)-初起階段，任何非專業(yè)消防人員沖動(dòng)、盲目的撲救行動(dòng)都是極其危險(xiǎn)且難以奏效的，不應(yīng)當(dāng)不恰當(dāng)?shù)男Х潞吞岢?29,（三）猛烈階段 1、定義：如果火勢(shì)在發(fā)展階段仍未得到有效的控制，由于燃燒時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，燃燒速度不斷加快，燃燒面積迅猛擴(kuò)展，燃燒溫度急劇上升，氣體對(duì)流達(dá)到最快速度，輻射熱最強(qiáng)，建筑構(gòu)件的承重能

14、力急劇下降， 此時(shí)便進(jìn)入了火災(zāi)的猛烈階段。,30,主要表現(xiàn)是：可燃物質(zhì)全部起火燃燒，建筑頂部或其它構(gòu)件變形塌落，火焰、煙霧方向性增強(qiáng)，向上抽拔，形成“煙包火”和“飛火”現(xiàn)象，熱輻射范圍明顯擴(kuò)大，接近火場(chǎng)使人感到皮膚燒灼疼痛。 2、特點(diǎn)：燃燒猛烈，蔓延迅速，破壞力大，撲救困難。 如2000年元月11日發(fā)生在合肥的廬陽(yáng)宮大火，僅消防部隊(duì)就出動(dòng)兵力400余名，車輛35臺(tái)，滅火時(shí)間5個(gè)半小時(shí)，持續(xù)時(shí)間至次日清晨，可見(jiàn)猛烈階段火災(zāi)撲救的困難性與艱苦性。,31,（四）下降、熄滅階段： 隨著燃燒的進(jìn)行，可燃物減少，逐步熄滅；或由于通風(fēng)不良，環(huán)境內(nèi)空氣（氧氣）被漸漸消耗，已經(jīng)燃燒的可燃物質(zhì)處于陰燃狀態(tài)，室內(nèi)溫

15、度降低（500度以下），此時(shí)火災(zāi)處于下降或熄滅階段。,32,室內(nèi)火災(zāi)和油罐火災(zāi)是兩類常見(jiàn)的火災(zāi)，是火災(zāi)的兩種重要形式。它們發(fā)生的原因極其復(fù)雜，火災(zāi)蔓延過(guò)程也涉及很多因素，因此有必要對(duì)它們進(jìn)行綜合分析。,33,二、建筑物室內(nèi)火災(zāi) 1室內(nèi)火災(zāi)燃燒特點(diǎn) 初期，也就是常說(shuō)的起火期； 發(fā)展期，一般是指從地一著火物引燃第二著火物到轟燃發(fā)生之間的過(guò)程； 最盛期，指轟燃發(fā)生到火熱衰減之前的過(guò)程； 終期，指從火災(zāi)開(kāi)始衰減到熄火?；馂?zāi)初期主要涉及起火規(guī)律，發(fā)展期和最盛期涉及火災(zāi)的蔓延規(guī)律。這一過(guò)程可以用圖2-14所示的室內(nèi)平均溫度與時(shí)何的關(guān)系來(lái)表示。,34,轟燃 常見(jiàn)定義： 室內(nèi)火災(zāi)由局部火向大火的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成

16、后室內(nèi)所有可燃物表面都開(kāi)始燃燒； 室內(nèi)燃燒由燃料控制向通風(fēng)控制的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變使得火災(zāi)由發(fā)展期進(jìn)入最盛期； 在室內(nèi)頂棚下方積聚的未燃?xì)怏w或蒸氣突然著火而造成火焰迅速擴(kuò)展。,35,在工程上應(yīng)用最廣的兩個(gè)轟燃判據(jù)為： 上層熱煙氣平均溫度達(dá)到600； 地面處接受的熱流密度達(dá)到20 kWm2。 滿足這兩個(gè)條件時(shí)，通常可燃物可以發(fā)生轟燃。 影響轟燃發(fā)生最重要的兩個(gè)因素是輻射和對(duì)流情況，也就是上層煙氣的熱量得失關(guān)系，如果接收的熱量大于損失的熱量，則轟燃可以發(fā)生。轟燃的其他影響因素有：通風(fēng)條件、房間尺寸和煙氣層的化學(xué)性質(zhì)等。,36,回燃 當(dāng)通風(fēng)條件非常差時(shí)，在室內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)燃燒一段時(shí)間后可能會(huì)因空氣不足而熄火。

17、這時(shí)，雖然沒(méi)有燃燒過(guò)程但是灰燼的溫度仍然非常高。由于開(kāi)始時(shí)的燃燒過(guò)程以及燃燒結(jié)束后的高溫環(huán)境，使室內(nèi)可燃物仍然進(jìn)行著熱解反應(yīng)，室內(nèi)會(huì)逐漸積聚大量的可燃?xì)怏w，此時(shí)一旦通風(fēng)條件改善，空氣會(huì)以重力流的形式補(bǔ)充進(jìn)來(lái)與室內(nèi)的可燃?xì)怏w混合。當(dāng)混合氣被灰燼點(diǎn)燃后。就會(huì)形成大強(qiáng)度、快速的火焰?zhèn)鞑ァ⒃谑覂?nèi)燃燒的同時(shí)，在通風(fēng)口外形成巨大的火球，從而同時(shí)對(duì)室內(nèi)和室外造成危言，這種“死灰復(fù)燃”現(xiàn)象就稱為回燃?；厝季哂须[蔽性和突發(fā)性，因此對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全危害極大。,37,室內(nèi)火災(zāi)過(guò)程與火室的開(kāi)口狀況密切相關(guān)。當(dāng)沒(méi)有開(kāi)口時(shí)，燃燒完全處于有限空間內(nèi)：其特點(diǎn)為： (1) 初期與開(kāi)口關(guān)系不大。 (2) 發(fā)展期因火勢(shì)增大，氧氣消耗

18、量增大，沒(méi)有開(kāi)口 表現(xiàn)為供氧不足，限制了火勢(shì)發(fā)展，是滅火的最好時(shí)機(jī)。在此期間因火室的薄弱處破裂形成開(kāi)口，或因人為原因而開(kāi)口，都將導(dǎo)致火勢(shì)的迅猛發(fā)展，直到發(fā)生轟燃。如果完全沒(méi)有開(kāi)口，因供氧不足火勢(shì)將減弱，最后將轉(zhuǎn)變?yōu)殛幦既紵４藭r(shí)一定要注意陰燃向明火的轉(zhuǎn)變，防止火勢(shì)再起。 (3) 最盛期對(duì)于完全沒(méi)有開(kāi)口的火室是不存在的，對(duì)于有開(kāi)口的火室又有兩種情況，一是開(kāi)口較小時(shí)，為通風(fēng)控制的燃燒；二是開(kāi)口足夠大時(shí)，為燃料控制的燃燒。 (4) 終期為自然熄滅（可燃物全部燒完）。,38,2通風(fēng)因子與燃燒方式 通風(fēng)因子指Sh1/2的組合參數(shù)，其中，S為通風(fēng)口的面積，h為通風(fēng)口的高度。通風(fēng)因子較小時(shí)，火災(zāi)室內(nèi)與室外的

19、通風(fēng)不好，對(duì)然燒來(lái)講表現(xiàn)為供氧不足，因此燃燒受通風(fēng)控制；當(dāng)通風(fēng)因子足夠大時(shí)，火災(zāi)室內(nèi)與室外的通風(fēng)自由，室內(nèi)燃燒與開(kāi)放空間的燃燒已無(wú)本質(zhì)上的差別，此時(shí)的燃燒受燃料控制。不同的燃燒控制方式，對(duì)室內(nèi)質(zhì)量燃料速率（R）的影響是不同的。大量的研究結(jié)果表明，對(duì)木質(zhì)燃料而言： 通風(fēng)控制的燃燒方式 燃料控制的燃燒方式 式中，SF為燃料的表面積；為氣體的密度。,39,圖4-19 通風(fēng)因子與位置的高度對(duì)燃燒狀態(tài)影響 進(jìn)一步研究表明，燃燒控制方式不但與通風(fēng)因子有關(guān)而且與通風(fēng)口的位置高度有關(guān)。通風(fēng)口的位置高度定義為通風(fēng)口自身高度的中心線到底面的距離。上圖描述了通風(fēng)因子與通風(fēng)口位置高度對(duì)燃燒狀態(tài)的影響。在I區(qū)，因通風(fēng)因

20、子太小，供氧不足，點(diǎn)火后火焰將自動(dòng)熄滅；在II區(qū)，通風(fēng)因子稍大，但仍不能維持穩(wěn)定燃燒，燃燒處于振蕩狀態(tài)，即火勢(shì)忽大忽小，也可能出現(xiàn)振蕩熄火；在III區(qū)，燃燒穩(wěn)定；IV區(qū)，燃燒受燃料控制。這一研究結(jié)果為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。,40,3室內(nèi)火羽流與熱煙氣流動(dòng) 可燃物著火燃燒之后，在可燃物上方形成了氣相火焰，這種火焰可分為三個(gè)區(qū)，最下面的是連續(xù)火焰區(qū)、中間是間斷火焰區(qū)，二者合稱火羽留；最上面的是浮力羽流區(qū)。這種火焰的最大特點(diǎn)是呈間歇性振蕩燃燒，形成的原因是由于火羽流與周圍空氣之間邊界層的不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定振動(dòng)呈軸對(duì)稱的旋渦結(jié)構(gòu)，如下圖所示。因此，火焰便具有相應(yīng)的形狀。 圖火羽流的軸對(duì)稱旋渦

21、結(jié)構(gòu) 火焰高度是表示燃燒速率及火災(zāi)蔓延規(guī)律的重要參數(shù)。研究結(jié)果表明，火焰高度與火區(qū)直徑及燃燒速率有密切關(guān)系。連續(xù)火焰區(qū)（即火焰在50%以上時(shí)間內(nèi)存在的區(qū)域）只在最下面的很短距離內(nèi)存在；,41,如果頂棚高度很小，或者火源半徑很大，火焰就可能直接撞擊到頂棚。這時(shí)，火焰將沿水平方向擴(kuò)展相當(dāng)長(zhǎng)的距離，形成的高溫氣體在冷空氣上部流動(dòng)。這種流動(dòng)受密度差的作用，混合效果很差，相應(yīng)的對(duì)空氣的卷吸作用也小，減慢了燃燒速率，但延長(zhǎng)了燃燒時(shí)間，因此造成火災(zāi)蔓延擴(kuò)大的危險(xiǎn)性更大。下圖描述了這種流動(dòng)?；鹩鹆鞯倪@種流動(dòng)特性為火災(zāi)探測(cè)器安裝位置的選擇提供了依據(jù)。 圖火羽流沿頂棚水平方向流動(dòng)示意圖,42,可燃液體的蒸氣與空氣

22、在液面上邊混合邊燃燒，燃燒放出的熱量會(huì)在液體內(nèi)部傳播。由于液體特性不同，熱量在液體中的傳播具有不同的特點(diǎn)。對(duì)于原油、渣油、蠟油、瀝青、潤(rùn)滑油等重質(zhì)油品，在一定的條件下，熱量在其中的傳播會(huì)形成熱波，并引起油品的沸溢和噴濺，使火災(zāi)變得更加猛烈。 1、基本概念 (1) 初沸點(diǎn)：重質(zhì)油品中最輕的烴類沸騰時(shí)的溫度，也是原油中最低的沸點(diǎn)。 (2) 終沸點(diǎn)：重質(zhì)油品中最重的烴類沸騰時(shí)的溫度，也是原油中最高的沸點(diǎn)。 (3) 沸程：重質(zhì)油品不同比重不同沸點(diǎn)的所有餾分轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獾淖畹秃妥罡叻悬c(diǎn)的溫度范圍。 (4) 輕組分：重質(zhì)油品中比重最輕、沸點(diǎn)最低的很少一部分烴類組分。 (5) 重組分：重質(zhì)油品中比重最大、沸點(diǎn)

23、最高的很少一部分烴類組分。,43,2、重質(zhì)油品燃燒時(shí)熱量在液層中的傳播特點(diǎn) 重質(zhì)油品的沸程較寬，沒(méi)有固定的沸點(diǎn)。在燃燒過(guò)程中，火焰向液面?zhèn)鬟f的熱量首先使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)并進(jìn)入燃燒區(qū)燃燒，而沸點(diǎn)較高的重質(zhì)部分，則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降，形成一個(gè)熱的鋒面向液體深層傳播，逐漸深入并加熱冷的液層。這一現(xiàn)象稱為液體的熱波特性，熱的鋒面稱為熱波。 熱波的初始溫度等于液面的溫度，等于該時(shí)刻重質(zhì)油品中最輕組分的沸點(diǎn)。隨著重質(zhì)油品的連續(xù)燃燒，液面蒸發(fā)組分的沸點(diǎn)越來(lái)越高，熱波的溫度會(huì)由150oC逐漸上升到315oC，比水的沸點(diǎn)高得多。熱波在液層中向下移動(dòng)的速度稱為熱波傳播速度，它比液體的直線燃燒速度（即

24、液面下降速度）快。在已知某種油品的熱波傳播速度后，就可以根據(jù)燃燒時(shí)間估算液體內(nèi)部高溫層的厚度，進(jìn)而判斷含水的重質(zhì)油品發(fā)生沸溢和噴濺。因此，熱波傳播速度是撲救重質(zhì)油品火災(zāi)時(shí)要用到的重要參數(shù)。 熱波傳播速度是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)參數(shù)，其主要影響因素包括： (1) 重質(zhì)油品的組成,44,重質(zhì)油品中輕組分越多，液面蒸發(fā)氣化速度越快，燃燒越猛烈，油品接受火焰?zhèn)鬟f的熱量越多，液面向下傳遞的熱量也越多；此外，輕組分的含量越大，則油品的粘性越小，高溫重組分的沉降速度越大。因此，油品中輕組分越多，熱波傳播速度越大。 (2) 重質(zhì)油品的含水量 在一定的數(shù)值范圍內(nèi)（如 4%），重質(zhì)油品含水量增大，熱波傳播速度加快。這

25、是因?yàn)楹看蟮挠推氛扯刃?，油品中的高溫層易沉降。但含水量超過(guò)6時(shí)，油品點(diǎn)燃很困難，即使著火了，燃燒也不穩(wěn)定，影響熱波傳播速度。 (3) 油品貯罐的直徑 試驗(yàn)研究表明，在一定的直徑范圍內(nèi)，油品的熱波傳播速度隨著貯罐直徑的增大而加快。但當(dāng)直徑大于2.5m后，熱波傳播速度基本上與貯罐直徑無(wú)關(guān)。 (4) 貯罐內(nèi)的油品液位,45,貯罐內(nèi)的重質(zhì)油品發(fā)生液面燃燒時(shí)，如果液位較高，空氣就較容易進(jìn)入火焰區(qū)，燃燒速度就快，火焰向液面?zhèn)鬟f的熱量就多，所以熱波傳播速度就快；反之，液位低，熱波傳播速度就慢。例如，含水量為2%的原油，油面距罐口高度分別為145mm和710mm時(shí)，熱波傳播速度分別為5.94和5.00mm/min。 除了上述因素外，還有一些外界條件也影響熱波傳播速度的大小，甚至影響熱波形成。例如，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，油品中的雜質(zhì)、游離碳等，對(duì)熱波的形成起很大的作用，且油品中的雜質(zhì)有利于形成重組分微團(tuán)，從而加快了熱波傳播速度；風(fēng)能使火焰偏向油罐的一側(cè)，使下風(fēng)方向的罐壁溫度升高，罐內(nèi)液體的溫度分布不均勻，從而加快了液體的熱對(duì)流和熱波傳播速度；對(duì)較小直徑的貯罐用水冷卻罐壁，能夠帶去高溫層中的熱量，阻止高溫層下降，從而降低熱波傳