火災(zāi)的發(fā)生與蔓延分析課件

1、第二章 火災(zāi)的發(fā)生及蔓延2、火災(zāi)的發(fā)生及蔓延內(nèi)容綱要火災(zāi)及其分類可燃?xì)怏w的起火可燃液體的起火可燃固體的起火可燃固體從陰燃向明火轉(zhuǎn)變的特性分析特殊形狀與特殊可燃固體的起火可燃?xì)怏w的火災(zāi)蔓延可燃液體的火災(zāi)蔓延可燃固體的火災(zāi)蔓延火災(zāi)蔓延過程的綜合分析2.1 火災(zāi)及其分類2.1.1 火災(zāi)的概念2.1.2 火災(zāi)的分類據(jù)GB5907-86消防基本術(shù)語：火是“以釋放熱量并伴有煙或火焰或兩者兼有為特征的燃燒現(xiàn)象”。火災(zāi)就是“在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害”。 (1) 根據(jù)GB/T4968-2008火災(zāi)分類： A類火災(zāi)：指固體物質(zhì)火災(zāi)。這種物質(zhì)往往具有有機(jī)物的性質(zhì)，一般在燃燒時(shí)能產(chǎn)生灼熱的余燼，如木材

2、、棉、毛、麻、紙張火災(zāi)等。 B類火災(zāi)：指液體火災(zāi)和可以熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)。如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、瀝青、石蠟火災(zāi)等。 C類火災(zāi)：指氣體火災(zāi)，如煤氣、天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、氫氣火災(zāi)等。 D類火災(zāi)：指金屬火災(zāi)，如鉀、鈉、鎂、鈦、鋯、鋰、鋁鎂合金火災(zāi)等。2.1.3 火災(zāi)的原因及分類 (1) 放火。有敵對(duì)分子放火、刑事放火、精神病和呆傻人放火、自焚等。 (2) 違反電氣安裝安全規(guī)定。導(dǎo)線選用、安裝不當(dāng)，變電設(shè)備安裝不符合規(guī) 定，用電設(shè)備安裝不符合規(guī)定，濫用不合格的熔斷器、未安裝避雷設(shè)備或安裝不當(dāng)，未安裝排除靜電設(shè)備或安裝不當(dāng)?shù)取?(3) 違反電氣使用安全規(guī)定。有短路、過負(fù)載、接觸不良

3、及其它。 (4) 違反安全操作規(guī)程。有焊割、烘烤、熬煉、化工生產(chǎn)、儲(chǔ)存運(yùn)輸及其它。 (5) 吸煙。 (6) 生活用火不慎。 (7) 玩火。 (8) 自燃。 (9) 自然原因。如雷擊、風(fēng)災(zāi)、地震及其它原因。 (10) 其它原因及原因不明。2.2 可燃?xì)怏w的起火2.2.1 起火條件2.2.2 熱起火理論 依據(jù)燃燒的三要素可知：起火是有條件的。 最簡單的狀況是可燃性氣體與氣體氧化劑(空氣、氧氣等)在某一個(gè)空間混合，當(dāng)混合氣的濃度達(dá)到某一個(gè)范圍之后，在一定的外部條件下，使化學(xué)反應(yīng)劇烈加速，該空間瞬時(shí)達(dá)到高溫反應(yīng)狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的外部條件稱為起火條件。 這種外部條件包含流體力學(xué)的許多參數(shù)，起火條件是化學(xué)動(dòng)

4、力學(xué)參數(shù)與流體力學(xué)參數(shù)的綜合函數(shù)。 氣體可燃物泄漏并與空氣混合就形成了具有一定初始條件的預(yù)混氣，其起火特性簡化模型。簡化條件為： V 為該體系的容積，F(xiàn) 為表面積，壁溫與環(huán)境溫度均為T，且與反應(yīng)開始時(shí)混合氣的初溫相同。 反應(yīng)過程中體系的各點(diǎn)溫度、濃度相同，均為瞬時(shí)值，體系內(nèi)無自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流。 h 為體系與環(huán)境間的對(duì)流換熱系數(shù)，不隨溫度變化。 起火前濃度變化可以忽略不計(jì)，即Yi Yi=常數(shù)。圖2.1 預(yù)混可燃?xì)馄鸹鸬暮喕Ｐ?二級(jí)化學(xué)反應(yīng)臨界起火條件模型：2.2.3 起火界限圖2.2 著火界限示意圖圖2.3 臨界起火溫度與可燃?xì)怏w濃度的關(guān)系圖2.4 臨界起火壓力與可燃?xì)怏w濃度的關(guān)系臨界起火溫

5、度與臨界起火壓力之間的關(guān)系起火界限曲線表明： 控制燃料濃度及環(huán)境溫度、環(huán)境壓力是防止著火的有效方法，在火災(zāi)防治中具有重要意義。2.3 可燃液體的起火2.3.1 可燃液體燃燒特點(diǎn) 可燃液體燃燒時(shí)，火焰并不緊貼在液面上，而是在空間的某個(gè)位置。在燃燒之前，可燃液體先蒸發(fā)，其后是可燃物蒸汽的擴(kuò)散，并與空氣摻混形成可燃混合氣，起火燃燒后在空間某處形成預(yù)混火焰或擴(kuò)散火焰。2.3.2 單個(gè)可燃液滴的起火圖2.6 液滴起火簡化模型2.3.3 熾熱物體表面上液滴的起火液滴壽命：從液滴與熾熱物體表面接觸開始到液滴消失（蒸發(fā)完畢）所用的時(shí)間稱為液滴壽命。以苯為例：開始時(shí)，液滴壽命隨著熾熱物體溫度升高而變短，在118

6、時(shí)達(dá)到最小值，然后隨著熾熱物體溫度升高而變長，在195 時(shí)達(dá)到最大值，以后隨著熾熱物體溫度升高再次變短，在840 時(shí)起火。2.4 可燃固體的起火2.4.1 可燃固體的燃燒特征可燃固體在起火之前，通常因受熱發(fā)生熱解、氣化反應(yīng)，釋放出可燃性氣體，所以起火時(shí)仍首先形成氣相火焰。圖2.8 固體可燃物的起火過程示意圖 2.4.2 可燃固體的熱解、氣化 在足夠高溫下，可燃性固體都會(huì)發(fā)生熱解、氣化，氣體的釋放次序?yàn)椋篐2O、CO2、C2H6、C2H4、CH4、焦油、CO、H2。 1、木材的熱解、氣化 木材受熱后，水分先析出，隨后才發(fā)生熱解、氣化析出可燃性氣體。溫度在260 時(shí)，可燃?xì)怏w析出量迅速增加，達(dá)閃點(diǎn)

7、。 考慮透氣性、導(dǎo)熱系數(shù)原因，垂直木紋方向較順木紋方向容易起火。2、高分子材料的熱解、氣化和液化 使用激光對(duì)高分子材料加熱，溫度不斷升高，熱解、氣化反應(yīng)逐漸強(qiáng)化，并形成一束垂直于試件表面的白煙，并逐漸變粗更加接近于表面只有3-4mm，著火形成預(yù)混火焰，最后擴(kuò)散。 添加少量的四氯化碳CCL可以是燃燒的速度變慢形成阻燃劑。2.5 可燃固體從陰燃向明火轉(zhuǎn)變的特征分析 2.5.1 陰燃特征分析 陰燃過程其燃燒反應(yīng)發(fā)生在固體表面，陰燃過程與化學(xué)反應(yīng)、換熱過程、氣體流動(dòng)、物質(zhì)擴(kuò)散、相變等因素有關(guān)。圖2.12 陰燃過程示意圖2.5.2 各種參數(shù)對(duì)陰燃狀態(tài)的影響(1) 可燃物種類的影響 一般質(zhì)地松軟、細(xì)微、雜

8、質(zhì)少、透氣性好的材料陰燃性能好。(2) 可燃物尺寸的影響 一般可燃物的尺寸較大，從上向下蔓延的陰燃與從下向上蔓延的陰燃向有焰燃燒轉(zhuǎn)變的可能性都增大。(3) 氧氣濃度的影響 對(duì)于向上蔓延的陰燃來，對(duì)陰燃向有焰燃燒轉(zhuǎn)變有利。 對(duì)于向下蔓延的陰燃來向有焰燃燒轉(zhuǎn)變更困難些，必須在較高的氧氣濃度下才行。(4) 陰燃反應(yīng)區(qū)的形狀等特性參數(shù)對(duì)陰燃轉(zhuǎn)變的影響 當(dāng)?shù)酌娣e相同時(shí)，圓錐形反應(yīng)區(qū)的表面積較圓柱形反應(yīng)區(qū)的表面積大，接收到的氧氣較多，對(duì)燃燒反應(yīng)有利，所以反應(yīng)區(qū)的最高溫度較高，容易轉(zhuǎn)變成有焰燃燒。 2.6 特殊形狀與特殊可燃固體的起火 2.6.1 薄紙片、布等固體可燃物的起火 厚度薄、面積大、總質(zhì)量相對(duì)輕，

9、熱容量小，受熱后升溫很快，容易達(dá)到熱解、氣化溫度，容易起火。 薄片物體放置的位置方向起火特性：垂直放置狀態(tài)與水平放置狀態(tài)相比，自然對(duì)流有利，改善了供氧氣條件，起火延遲時(shí)間就短些。2.6.2 鈉、鎂等金屬的起火 鈉鎂等輕金屬在空氣中可自然，需隔絕空氣保存。 鋁、鐵、鈦等雖在空氣中不能燃燒，但在純氧中可燃燒。 金屬上方比下方燃燒更容易。 2.6.3 可燃微粒物的起火 可燃微粒物在一般情況下是堆積存放，堆積體積較大，具有如下特點(diǎn)：松散，氧氣容易滲入，對(duì)燃燒有利；形狀、尺寸不固定，只要有少部分火，將導(dǎo)致整體起火；微粒物輸送多采用氣動(dòng)力輸運(yùn)，導(dǎo)致微粒物懸浮成為懸浮可燃微粒物，其起火濃度下限與微粒平均直徑

10、有關(guān)。 煤粉、面粉廠，棉、麻等紡織廠要特別注意微粒物的濃度。 振動(dòng)將使微粒物帶電，微粒帶電后將改變其著火性能。2.7.1 熱煙氣流引起的火災(zāi)蔓延 以建筑室內(nèi)火災(zāi)為例，當(dāng)某室起火燃燒后，就會(huì)有大量的熱煙氣產(chǎn)生。由于熱煙氣流的加熱作用，可能導(dǎo)致流通路上的可燃物著火，造成火災(zāi)的蔓延。 圖2.13 室內(nèi)可燃物著火燃燒產(chǎn)生熱煙氣的示意圖 2.7 可燃?xì)怏w中的火災(zāi)蔓延 當(dāng)可燃?xì)怏w泄漏到空氣中，與空氣混合形成了預(yù)混可燃?xì)?，一旦遇到著火源就起火燃燒，形成了氣體可燃物中的火災(zāi)蔓延。 建筑火災(zāi)發(fā)生的四個(gè)階段一、自由火羽流階段 1、連續(xù)火焰區(qū) 2、間歇火焰區(qū) 3、浮力羽流區(qū)二、頂棚射流階段 火災(zāi)探測(cè)設(shè)備（感煙、感溫

11、）； 滅火設(shè)備（自動(dòng)噴淋設(shè)備） 三、煙氣充填階段 安全疏散時(shí)間；四、開口溢流階段 引燃建筑外立面和其他樓層 一般室內(nèi)的容積是有限的，隨著熱煙氣的不斷產(chǎn)生，熱煙氣將很快充滿整個(gè)室內(nèi)上層空間。在充滿整個(gè)上層空間之后，隨著熱煙氣的繼續(xù)產(chǎn)生，將有一個(gè)相應(yīng)的熱煙氣層的下降速度。當(dāng)熱煙氣層下降到開口處上沿時(shí)，熱煙氣將向室外流動(dòng)。隨著熱煙氣流的流出，可能引起其他室內(nèi)可燃物的著火，造成火災(zāi)蔓延。所以計(jì)算熱煙氣層的下降速度，對(duì)于安全逃生，組織滅火活動(dòng)等都是非常重要的。隨著熱煙氣層厚度的增加，熱煙氣對(duì)人體的危害越來越大。如果人的平均高度定為1.7m，即H=1.7m，則（H=1.7）所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為安全逃生時(shí)何。在

12、此時(shí)間之后，因熱煙氣的作用，人會(huì)缺氧中毒而失去逃生能力，導(dǎo)致人員傷亡。可見熱煙氣層下降速度對(duì)火災(zāi)初期消防活動(dòng)有重要作用。有開口室內(nèi)的熱煙氣流動(dòng)當(dāng)火災(zāi)室有開口時(shí)，必須考慮熱煙氣流的流出量對(duì)熱煙氣層下降速度的影響。此時(shí)，火災(zāi)室的開口及流動(dòng)狀態(tài)如圖所示。不同的火災(zāi)階段，熱煙氣流的流出量是不同的。如果考慮對(duì)安全逃生時(shí)間的影響，當(dāng)熱煙氣層超過開口下沿時(shí)，流出的熱煙氣量與流入的新鮮空氣量相等。有開口室內(nèi)的熱煙氣流動(dòng)熱煙氣的流出量計(jì)算模型：流入新鮮空氣量計(jì)算模型：如果火災(zāi)室的開口與外界大氣相通（普通的窗子），則應(yīng)考慮熱煙氣流對(duì)火災(zāi)室相應(yīng)上層窗子及相鄰建筑物的引燃作用，防止火災(zāi)的蔓延。如果火災(zāi)室的開口與建筑物

13、的走廊或其他房間相通，則應(yīng)考慮熱煙氣在走廊、相鄰房間及整個(gè)建筑物內(nèi)的流動(dòng)，制訂相應(yīng)的防止火災(zāi)蔓延的對(duì)策。走廊中的熱煙氣流動(dòng)因熱煙氣的溫度較高，比重較低，與走廊中的新鮮空氣形成了明顯的分層流動(dòng)狀態(tài)，如圖所示。熱煙氣層厚度計(jì)算模型：走廊熱煙氣溫度下降模型：熱煙氣流入走廊之后，將向整個(gè)建筑物內(nèi)擴(kuò)散，特別是向上方擴(kuò)散更快些。要研究熱煙氣的流動(dòng)規(guī)律，須分析熱熱煙氣的受力狀態(tài)，只有改變熱煙氣的受力狀態(tài)才能改變它的運(yùn)動(dòng)情況?？梢愿鶕?jù)火災(zāi)室的實(shí)際情況，選擇排煙通道和供氣增壓通道，有效地組織滅火活動(dòng)，盡快將火災(zāi)撲滅。2.7.2火焰與熱煙氣流熱輻射引起的火災(zāi)蔓延大量的氫氣火焰實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：沒有炭煙生成時(shí)，燃燒放出

14、的熱量中有10%通過熱輻射向外傳送；有炭煙生成時(shí)，則通過熱輻射向外傳送的熱量增加到20-45%。 火災(zāi)中的燃燒條件較差，一般都有大量的炭煙生成，所以通過熱輻射向外傳送熱量的份額會(huì)更大。因此必須考慮熱輻射在火災(zāi)蔓延過程中的作用。熱輻射強(qiáng)度計(jì)算公式：指物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比稱為該物體的發(fā)射率2.8 可燃液體中的火災(zāi)蔓延根據(jù)液體可燃物所處的狀態(tài)，其火災(zāi)蔓延可能有以下幾種情況：油池（油罐）火災(zāi)油面火災(zāi)含油的固面火災(zāi)液霧火災(zāi)（一）油池（油罐）火災(zāi)描述油池（油罐）火災(zāi)最重要的特征參數(shù)是液面下降速度，即單位時(shí)間里油品燃料的消耗量。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：液面下降速度與容器直徑有關(guān)，如圖所示

15、。 傳入液體的熱量起到兩中作用，一是使液體的溫度升高；二是使液體蒸發(fā)。在油池火災(zāi)中，蒸發(fā)過程是火災(zāi)蔓延的控制過程。要控制蒸發(fā)過程，必須控制液體與外界環(huán)境的換熱過程。因此，采用泡沫滅火劑在液面上生成一層泡沫層，既能減少向液體的傳熱量，又能阻止液體的燕發(fā)。（1）D 0.05m，通過油池壁面的傳導(dǎo)主控機(jī)制；（2）0.05 m D 0.2 m，湍流火焰對(duì)流傳熱主控機(jī)制；（3） 0.2 m D 1m，厚火焰熱輻射主控機(jī)制。揚(yáng)沸現(xiàn)象揚(yáng)沸現(xiàn)象：即沸騰的水蒸汽帶著燃燒著的油向空中飛濺。一般飛濺的油滴在飛濺過程中和散落后將繼續(xù)燃燒，造成火災(zāi)的迅速擴(kuò)大。研究結(jié)果表明，飛濺高度和散落面積與油層厚度、油池直徑等有關(guān)，

16、一般散落面積的直徑（D）與油池直徑（d）之比均在10以上，即D/d10。由于揚(yáng)沸帶出的燃油原來呈池火燃燒狀態(tài)，噴出之后呈液滴燃燒狀態(tài)，改善了燃燒條件，燃燒強(qiáng)度大大提高，危險(xiǎn)性隨著增加。因此，對(duì)油池火災(zāi)而言，一定要避免揚(yáng)沸現(xiàn)象的發(fā)生思考題：如何防止揚(yáng)沸？（二）油面火災(zāi)蔓延油面火：指的是在大面積的水面上，有一層較薄的浮油，這種浮油燃燒時(shí)引起的火災(zāi)稱為油面火。油面火與油池火的區(qū)別在于：油面火有一個(gè)不斷的擴(kuò)大過程。一旦著火，很快就在整個(gè)油面上形成火焰。由于燃燒情況不同，蔓延規(guī)律也不同，描述該過程的參數(shù)也不相同。在靜止環(huán)境中，油的初溫對(duì)火焰蔓延速度有顯著影響。開始時(shí)油面火蔓延速度隨著初溫的升高而變大；當(dāng)

17、初溫達(dá)到某個(gè)值之后，油面火蔓延速度趨于某個(gè)常數(shù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)油的初溫低于閃點(diǎn)溫度時(shí)，液面上形成的是擴(kuò)散火焰為主的燃燒形式。要維持燃燒，就要保證液體具有一定的蒸發(fā)速度，也就是說火焰必須向火焰面前方的液體傳送足夠的熱量，使該部分的液體升溫。這樣，在火焰面前方的液體與火焰面正下方的液體之間就產(chǎn)生了溫度差，由溫度差而引起了表面張力差，在表面張力差的作用下，便產(chǎn)生了表面流，使得溫度較高的液體不斷流向火焰面的前方以保證液體的蒸發(fā)速度與火焰蔓延速度的平衡。在逆風(fēng)條件下，液體的初溫對(duì)火蔓延速度有顯著影響；順風(fēng)條件下，液體的初溫幾乎對(duì)火蔓延速度沒有影響，火蔓延速度主要受風(fēng)速的影響。（輻射和對(duì)流增大）這個(gè)結(jié)

18、果提示我們：在滅油面火時(shí)，最好采用逆向滅火方式。 液面火在有相對(duì)風(fēng)速環(huán)境中，液面一般也有波動(dòng)，研究液面波動(dòng)對(duì)火蔓延速度的影響，以便更真實(shí)地描述液面火的蔓延規(guī)律。（研究相對(duì)欠缺）液面火常用來清除泄漏在海面上的石油，液面火由于長時(shí)間燃燒，油層下面的水溫升高到沸點(diǎn)之后，水的沸騰導(dǎo)致石油飛濺，促進(jìn)了從油層向水層的傳熱，這反而使得油面火容易熄滅，這點(diǎn)與油池火完全不同。一旦油面火熄滅對(duì)清除漏油又十分不利；另外因這時(shí)的油層薄、面積大，一般不會(huì)產(chǎn)生油池火中的揚(yáng)沸現(xiàn)象。在液面火中由于油與水的互相摻混，再加上液面的波動(dòng)，可能產(chǎn)生油的乳化現(xiàn)象。乳化的程度不同，對(duì)火蔓延速度的影響也不同。所謂乳化作用，是指兩種原本互不

19、相溶的液體（例如：油和水）在經(jīng)過大力攪拌或者添加乳化劑等表面活性劑之后，有一方形成微粒狀，分散于另一方中而互相混合成為均勻狀態(tài)（三）含油的固面火災(zāi)當(dāng)有泄漏到地面上，地面就成了含有可燃物的固面，一旦著火燃燒就形成了含油的固面火。研究結(jié)果表明：含油固面火的燃燒特性與下列因素有關(guān)：可燃性液體的閃點(diǎn)地面及可燃性液體的溫度地面的形狀和傾斜角度地面土著的粉徑分布火焰引起的對(duì)流情況相對(duì)速度的大小及方向地面土質(zhì)材料的熱物理性能火焰的蔓延方向等（四）液霧火災(zāi)當(dāng)燃油容器或輸油管道破裂時(shí)，燃油就從容器內(nèi)或管道內(nèi)噴出而形成油霧。此時(shí)一旦著火燃燒，就會(huì)形成油霧中的火災(zāi)蔓延。油霧的燃燒在動(dòng)力裝置（例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、內(nèi)

20、燃機(jī)氣缸、油爐等）中的應(yīng)用很廣泛，所以研究得比較多。燃油容器破裂或輸油管道破裂所形成的噴霧條件一般很差，所以霧化質(zhì)量不高。這樣的液滴尺寸較大，而且大滴的比重也較高；環(huán)境溫度多為室溫，相對(duì)來講較低，對(duì)蒸發(fā)也很不利，且著火然燒后多形成滴群擴(kuò)散火焰。 油霧火焰一般分為4種： 預(yù)蒸發(fā)型的氣相燃燒火焰，例如：當(dāng)霧化質(zhì)量好，距離噴咀較遠(yuǎn)，環(huán)境溫度又比較高時(shí)，多形成這種火焰，所以這種火焰具有預(yù)混氣體燃燒的特點(diǎn)；滴群擴(kuò)散燃燒火焰，例如：當(dāng)霧化質(zhì)量不好，距離噴咀較近，環(huán)境溫度比較低時(shí)，多形成這種火焰，所以這種火焰具有擴(kuò)散火焰燃燒的特點(diǎn)；預(yù)蒸發(fā)與滴群擴(kuò)散燃燒的復(fù)合型火焰，例如：當(dāng)小滴進(jìn)入燃燒區(qū)之前已蒸發(fā)完，形成具

21、有一定濃度的預(yù)混可燃?xì)猓蟮芜€沒有蒸發(fā)完便進(jìn)入了燃燒區(qū)，這樣就形成了預(yù)蒸發(fā)與滴群擴(kuò)散燃燒的復(fù)合型火焰； 預(yù)蒸發(fā)燃燒與滴群擴(kuò)散蒸發(fā)的復(fù)合型火焰。 例如：當(dāng)小滴進(jìn)入燃燒區(qū)時(shí)，已蒸發(fā)大部分，但并沒有蒸發(fā)完，也就是說此時(shí)液滴半徑很小，液滴溫度必定也很低，這樣其周圍環(huán)境溫度要很高才能著火，稍低則不能著火。大滴進(jìn)入燃燒區(qū)時(shí)沒有蒸發(fā)完，一般多繼續(xù)蒸發(fā)，很少也可著火燃燒形成液滴擴(kuò)散燃燒。但總體來看，這種情況以預(yù)蒸發(fā)燃燒與滴群擴(kuò)散蒸發(fā)為主。結(jié)合火災(zāi)中液霧火焰的具體條件，顯然滴群擴(kuò)散燃燒是主要的燃燒形式，但也或多或少地有其他燃燒形式。 大液滴在燃燒過程中，不斷下降，如果沒有燃燒完就落到了地面上，則使地面成為含油

22、可燃性固面；如果沒有燃燒完的液滴落在水面上，則使水面上成為含油的液面；如果沒有燃燒完的液滴落下后在某處集合，又可能出現(xiàn)一個(gè)臨時(shí)性的油池。所以對(duì)于油霧火災(zāi)，不但要注意其本身蔓延的特點(diǎn)，還必須注意它可能導(dǎo)致其他類型的火災(zāi)發(fā)生。2.9 可燃固體中的火災(zāi)蔓延2.9.1 沿可燃固體表面的火災(zāi)蔓延 (1) 塑料等人工合成固體可燃物表面的火災(zāi)蔓延 為了簡化問題，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，火蔓延的過程圖。 從圖可以看出: 著火的部位不同，傳熱情

23、況不同，所以火蔓延的速度也不同。在無相對(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)流換熱作用很強(qiáng)，未燃燒部分通過對(duì)流傳熱能從高溫燃?xì)獾玫礁嗟臒崃?，?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。（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，火蔓延速度減小

24、；板厚度超過某一值后，火蔓延速度趨于某一常值。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，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。（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。（P41）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。木材的燒損程度應(yīng)當(dāng)用燒痕的深度來表示，而不宜用燒痕的面積來表示，這對(duì)

25、判斷過火林木的使用價(jià)值有重要意義。木材尺寸（可理解成樹木的年齡）、木條傾斜角、樹種等都對(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。木條火焰蔓延速度與各參數(shù)間的關(guān)系模型：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。（P53）（四）薄片（紙等）固體可燃物表面的火災(zāi)蔓延薄片（紙等）固體

26、應(yīng)用很廣，一旦著火燃燒，火的蔓延規(guī)律又獨(dú)具特色。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)。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：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

27、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)果可以用來預(yù)測(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。相對(duì)速度對(duì)燃燒過程的影響 85125按照相對(duì)速度的大小，可以分成三個(gè)不同的區(qū)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。 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；（P54，圖2-28b） 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

28、度再增加，就會(huì)發(fā)生熄火現(xiàn)象。2.10 火災(zāi)蔓延過程的綜合分析2.10.1 森林火災(zāi)：飛火、火旋風(fēng)2.10.2 建筑室內(nèi)火災(zāi)建筑火災(zāi)的發(fā)展過程： 初起期（階段）（煙，陰燃） 發(fā)展期（竄出火苗，火勢(shì)由局部到大面積） 最盛期（空氣劇烈對(duì)流，風(fēng)助火勢(shì)，火勢(shì)強(qiáng)盛， 火焰包圍可燃物，烈火熊熊） 衰弱期（可燃物逐漸減少） 熄滅期（可燃物不足，惰性介質(zhì)，滅火作用等）反浮力射流頂棚射流熱煙氣層冷空氣層羽流開口流動(dòng)室內(nèi)火災(zāi)的形成 建筑火災(zāi)的發(fā)展過程 僅討論一個(gè)普通房間內(nèi)的火災(zāi)發(fā)展過程。根據(jù)室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化，可將室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過程分為：起火階段全面發(fā)展階段：熱煙氣流動(dòng)引起的火災(zāi)蔓延熄滅階段起火轟燃全面發(fā)展階段熄滅著火后的三種情形火自發(fā)燃燒，未蔓延到其他可燃物質(zhì)通風(fēng)不足，火熄滅（如圖中虛線所示），或者以很慢的速率繼續(xù)燃燒可燃物足夠，通風(fēng)條件良好，火勢(shì)迅猛起火階段起火階段的特點(diǎn)（1）火災(zāi)燃燒范圍不大，火災(zāi)僅限于初始起火點(diǎn)附近；（2）室內(nèi)溫度差別大，在燃燒區(qū)域及其附近存在高溫，室內(nèi)平均溫度低；（3）火災(zāi)發(fā)展速度一般較慢，在發(fā)展過程中，火勢(shì)不穩(wěn)定；（4）火災(zāi)發(fā)展時(shí)間因點(diǎn)火源、可燃物性質(zhì)和分布、通風(fēng)條件等影響差別很大。 火災(zāi)初期是滅火最為有利的時(shí)機(jī)，對(duì)建筑物內(nèi)人員的疏散，重要物資的搶救，以及火災(zāi)撲救，都具有重要意義。初期起火階段對(duì)防滅火的重要意義建筑