消防工程學 第2-5章 火災基礎課件

火災基礎第2章：火災發(fā)生第3章：火災蔓延第4章：火災煙氣第5章：典型火災及煙氣蔓延過程分析

火災-燃燒現(xiàn)象，火災過程發(fā)生、蔓延和熄滅三個階段，燃燒學基本理論分析研究?？扇嘉?、氧化劑和點火源是燃燒的三要素。第2章：火災發(fā)生燃燒的條件燃燒三角形氧氣鏈式反應可燃物熱源燃燒四面體氧氣可燃物熱源可燃物的種類多，根據其存在的形態(tài)可分為氣體、液體和固體可燃物。三種類型可燃物著火過程不同?？扇蓟旌蠚怏w著火方式：自燃著火和強迫著火或點燃。－著火過程。自燃：一定體積可燃混合氣體預熱－某一溫度，可燃物緩慢氧化還原反應，放熱，氣體溫度增加，反應速度加速，生成更多熱量，反應速度急劇增大－著火。強迫著火：可燃混合氣體內某部分用點火源點著相鄰一層混合氣→燃燒波自動傳播到混合氣其余部分。點火源：火焰、高溫體、電火花等。著火機理：熱自燃機理和鏈式自燃機理。2.1氣體可燃物的著火熱自燃機理謝苗諾夫熱自燃理論：外部熱源加熱下，反應混合氣>某溫度，可燃混合氣化學反應放熱>容器器壁散熱，混合氣溫↑，混合氣反應速率和放熱速率↑，→極快反應速率而達到著火。優(yōu)點：解釋可燃混合氣(烴類預混可燃氣)熱自燃過程的許多現(xiàn)象，如爆炸濃度界限等。系統(tǒng)的熱平衡工況根據q1和q2曲線相交、相切或者既不相交也不相切，將系統(tǒng)分為三種工況。第一種工況：q1和q2’曲線相交于A、B兩點；第二種工況：q1和q2’’曲線不相交也不相切；第三種工況：q1和q2曲線相切于C點，C點是不穩(wěn)定的。物理意義：系統(tǒng)由于熱量自行積聚，溫度升高，反應自動加速轉變?yōu)楹軇×业闹疬^程，這就是熱自燃過程。系統(tǒng)溫度從T0自發(fā)升到TC所需的時間稱為著火延遲時間。謝苗諾夫公式著火臨界壓力與自燃溫度的關系低壓，自燃著火溫度高，高壓，自燃著火溫度低。自燃溫度和著火臨界壓力與燃料和空氣的組分有關（圖2-3，2-4，P18）自燃溫度與混合氣成分的關系臨界壓力與混合氣成分的關系

缺點：不少氣體燃燒現(xiàn)象不符合熱自燃理論。如氫／氧體系在低壓下其可燃界限呈“半島”形，且有三個爆炸濃度極限，如圖2-5所示。說明并非在所有情況下著火都是由于放熱的積累而引起的自動加速反應。鏈式自燃機理鏈式自燃機理：混燃氣中，自由基反應鏈分支，使活化中心(自由基)迅速增殖，反應速率急劇升高而導致著火。反應自動加速不一定靠熱量積累，通過自由基鏈式反應(有分支的鏈式反應)能積累活化中心，使反應自動加速，直至著火?；瘜W反應的分類按反應機理的復雜程度不同，通常把反應分成兩大類：

簡單反應：由反應物經一步反應直接生成產物的反應

復雜反應：反應不是經過簡單的一步就完成，而是要通過生成中間產物的許多反應步驟來完成，其中每一步反應稱為基元反應化學反應是具有不同原子結構的物質重新組合的過程。人們把那種能代表反應機理的、由反應微粒（分子、原子、離子或自由基等）一步直接實現(xiàn)的變化稱為“基元步驟”?；瘜W反應速率簡單反應或復雜反應的基元反應，其反應速率與各反應物濃度以其化學計量系數為指數冪的乘積成正比。k：反應速率常數或比反應速度，不同的反應有不同的k，其大小直接反映了速度的快慢和反應的難易，并取決于反應溫度及反應物的物理化學性質。反應速度方程式化學反應機理活化分子碰撞理論：可對簡單反應作出合理解釋，對于燃燒速度隨反應溫度升高而急劇增高的反應。

鏈鎖反應：對于復雜反應，化學反應在低溫度下能很激烈地進行的反應作出解釋?；罨肿优鲎怖碚撚^點

在簡單反應中，由于反應物中存在著大量作不規(guī)則熱運動的分子，它們之間有可能發(fā)生碰撞。當碰撞能破壞反應物原有分子鍵結構，生成新鍵時化學反應發(fā)生。只有相互碰撞的分子所具有的能量超過一定反應能級水平時才能進行化學反應，這一能級稱為活化能。鏈鎖反應理論觀點

很多化學反應并不是一步就能完成，而是需要經過中間若干基元反應才能完成。在中間反應過程中會產生一些活性物（活化中心），再由這些活化中心與原始反應物進行化學反應，這時除產生最終生成物外，同時也再生出若干活化中心，因此可以使化學反應得以繼續(xù)進行下去。鏈鎖過程鏈引發(fā)：以光照、加熱、引發(fā)劑等方法使反應物分子斷裂生成鏈載體的過程。M為惰性分子。鏈傳遞：鏈載體與反應物分子交替反應的過程，鏈載體起著傳遞的作用。鏈終止：鏈載體與器壁碰撞形成穩(wěn)定分子，或兩個鏈載體與第三個惰性分子相撞失去能量而成為穩(wěn)定分子，則鏈中斷而終止?？偡磻烘溡l(fā)：鏈傳遞：鏈終止：直鏈反應：反應中載體數目始終未增加。上述反應是直鏈反應。支鏈反應：在等溫條件下，基元反應產生的鏈載體數目比消失的多，鏈傳遞過程呈技叉發(fā)射狀。支鏈及反應速率是加速的。鏈鎖反應分類鏈鎖反應解釋氫氧反應著火極限（略）

氫／氧反應體系中，存在鏈的分支，H與其他基團反應可生成三個H，使得H濃度迅速增加，同時也存在自由基的銷毀過程。包括氣相銷毀(自由基在氣相中與穩(wěn)定分子碰撞失去活性)和器壁銷毀(自由基與器壁碰撞失去活性)。設第一、第二極限之間的爆炸區(qū)內有一點P(見圖2-5)，保持系統(tǒng)溫度不變而降低系統(tǒng)壓力，P點則向下垂直移動。此時因氫氧混合氣體壓力較低，自由基擴散較快，氫自由基與容器器壁碰撞的機會較多，因此易發(fā)生器壁銷毀，壓力越低銷毀速度越快。當壓力下降到某一值后，自由基銷毀速度可能大于自由基生成速度，于是系統(tǒng)由爆炸轉變?yōu)椴槐?，爆炸區(qū)與非爆炸區(qū)之間出現(xiàn)了第一極限。

如果保持系統(tǒng)溫度不變，而升高壓力，P點則向上垂直移動。這時因氣體壓力較高，密度較大，自由基與穩(wěn)定分子碰撞的機會增多，氣相銷毀的速度加快。當壓力增加到一定值時，自由基銷毀速度可能會大于自由基增長速度，于是系統(tǒng)由爆炸轉為不能爆炸，爆炸區(qū)與非爆炸區(qū)之間出現(xiàn)了第二極限。壓力再升高，又會出現(xiàn)新的自由基連鎖反應，導致自由基增長速度增加，系統(tǒng)又發(fā)生爆炸，這就是爆炸的第三極限實際燃燒－無純粹熱自燃或鏈式自燃→同時存在、相互促進?？扇蓟旌蠚庾孕屑訜峒訌姛峄罨玩湻磻磻?。低溫時鏈反應使系統(tǒng)加熱，加強分子熱活化→不能單一自燃理論解釋。高溫時，熱自燃是著火主要原因，低溫時支鏈反應是主要原因。著火反應兩特征：①具有一定著火溫度Ti。反應系統(tǒng)＝Ti，反應速率急劇增大，氣壓↑，伴放熱、發(fā)光等現(xiàn)象。②著火溫度前有感應期（著火延遲時間）。著火延遲時間內，反應速率極慢，可燃混氣濃度變化小。

強迫著火強迫著火或點燃(引燃)：冷反應混合物被熾熱高溫物體(如電火花、高溫固體質點、點火火焰等)在局部迅速加熱，并在高溫物體附近引發(fā)火焰，局部火焰點燃鄰近混合氣并傳播，整個混合氣燃燒。強迫點火和自燃著火：原理一致，化學反應急速加劇。具體進行時不同：強迫著火僅在混合氣局部(點火源)附近進行，自燃在整個可燃混合氣中進行。自燃：全部可燃氣在一定環(huán)境溫度下。強迫著火:全部混合氣較冷狀態(tài)。保證點燃和傳播，強迫著火溫度(點火溫度)比自燃溫度高得多。強迫著火：可燃氣形成局部火焰、火焰在混合氣體中傳播兩階段。2.2液體可燃物著火

圖2-6液體可燃物的著火過程示意圖

2.3固體可燃物的著火過程示意圖

可簡化為等容絕熱過程溫度>2000℃

氣壓6－8個atm2.4爆炸引起火災在一空間范圍內，當可燃氣體、可燃蒸汽或粉塵濃度處于可燃界限之內，并且有足夠大能量的點火源和溫度足夠高時，就會發(fā)生氣相爆炸，并引發(fā)火災。第3章火災蔓延

可燃氣與空氣混合-預混可燃混合氣，著火燃燒，火災蔓延。預混氣體流動狀態(tài)影響燃燒過程。流動狀態(tài)不同，燃燒形態(tài)不同。3.1氣體可燃物中火災蔓延層流狀態(tài)火焰因可燃混合氣流速不高，無擾動，火焰表面光滑，燃燒狀態(tài)平穩(wěn)。層流火焰：熱傳導和分子擴散－熱量和活化中心供給鄰近未燃可燃混合氣薄層，使火焰?zhèn)鞑?。層流狀態(tài)及層流火焰湍流火焰：可燃混合氣流速較高或流通截面較大、流量增大時流體中產生流體渦團，無規(guī)則旋轉和移動。流動過程中擾動。火焰表面變形。與層流火焰不同，湍流火焰面的熱量和活性中心未向未燃混合氣輸送，靠流體渦團運動激發(fā)和強化，受流體運動狀態(tài)支配。湍流燃燒激烈，火焰?zhèn)鞑ニ俣却?。?-1一些燃料和空氣預混合氣體的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?。爆轟湍流狀態(tài)及湍流火焰液體可燃物的燃燒：噴霧燃燒和液面燃燒?；鹧嬖谟挽F中、液面上傳播，造成火災蔓延。油霧中火災的蔓延(粒徑小）－氣體3.2液體可燃物中火災的蔓延比氣體、液體可燃物的燃燒過程復雜，影響因素多影響因素：材料特性、環(huán)境因素有關，其大小決定火勢發(fā)展的快慢。熔點、熱分解溫度越低、燃燒速度越快、蔓延快。3.3固體可燃物火災的蔓延環(huán)境風速及氧濃度和空氣壓力對火災蔓延速度產生影響：環(huán)境中氧濃度增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?；風速增加也有利于火焰的傳播，但風速過大會吹滅火焰；空氣壓力增加，提高了化學反應速度，加快火焰?zhèn)鞑ァＯ嗤牟牧?，在相同的外界條件下，火焰沿材料的水平方向、傾斜方向和垂直方向的蔓延速度也不相同（P30-31）?；鹧媛映跏既紵砻娴幕鹧?，將可燃材料燃燒，并使火災蔓延開來。火焰蔓延速度主要取決于火焰?zhèn)鳠岬乃俣??；鹧媛铀俣瓤捎上率角蟮茫焊邔咏ㄖ馂穆拥姆绞綗醾鲗Щ馂耐ㄟ^傳導的方式進行蔓延擴大，有兩個比較明顯的特點：其一，必須由導熱性好的媒介，如金屬構件或金屬設備等；其二，蔓延的距離較近，一般只能是相鄰的建筑空間。熱對流熱對流是建筑物內火災蔓延的一種主要方式。建筑火災發(fā)展到旺盛期后，一般說來窗玻璃在轟燃之際破壞，又經過一段時間的猛烈燃燒，內走廊的木質戶門被燒穿，或者門框之上的亮窗玻璃被破壞，導致煙火涌入內走廊。熱輻射熱輻射是相鄰建筑之間火災蔓延的主要方式之一。建筑防火中的防火間距，主要是考慮防止火焰輻射引起相鄰建筑著火而設置的間隔距離。要搞清楚火焰輻射對火災蔓延的機理，首先必須搞清楚兩個問題，即，點燃可燃材料所需的輻射強度是多少？建筑物發(fā)生火災時能夠產生多大的輻射強度？第4章火災煙氣燃燒或熱解作用所產生的懸浮在氣相中的固體和液體微粒.

含煙粒子氣體稱為煙氣。由三種類型物質組成：

(1)氣相燃燒產物；

(2)未燃燒的氣態(tài)可燃物；

(3)未完全燃燒的液、固相分解物和冷凝物微小顆粒。煙氣的危害性：含有毒、有害成分；腐蝕性成分；顆粒物等；火災環(huán)境高溫缺氧。4.1煙氣的產生產煙量：衡量火災環(huán)境的基本因素之一。產生煙氣的燃燒狀況，即明火燃燒、熱解和陰燃，影響煙氣的生成量、成分和特性。明火－產生炭黑，微小固相顆粒－火焰和煙氣?；鹧娓邷刈饔孟拢扇嘉餆峤?，析出可燃蒸氣如聚合物單體、部分氧化產物、聚合鏈等。在其析出過程中，部分組分可凝聚成液相顆粒，形成白色煙霧。陰燃－無明火燃燒，生成的煙氣中含有大量的可燃氣體和液體顆粒。圖4-1表示有機可燃物分解和燃燒過程中生成物形成過程。高層公共建筑屋內家具和裝飾材料多，可燃物多，火災荷載為30～50kg/m2。以我國新建高層賓館為例，客房放置兩張床、寫字臺、沙發(fā)、軟椅茶幾、木門壁櫥等＋床墊及床上用品、地毯、窗簾等。相當于30～40kg/m2的標準木材，即平均火災負荷密度為30～40kg/m2。一般木材在300℃時，發(fā)煙量約為3～4m3/g，即3000～4000m3/kg。典型客房面積為18m2，一客房內可燃物按木材的發(fā)煙量為2205000m3(35kg/m2×18m2×3500m3kg)。發(fā)煙量不損失，可充滿像北京長富宮飯店主樓(高90m，標準層面積960m2)類似的高層建筑24座。4.2煙氣特性與危害－煙氣的物理特性顆粒尺寸分布：煙顆粒的尺寸分布和數目決定著煙的特性。很多情況下常用幾何分布來描述煙顆粒的尺寸分布，即隨logd的變化，在此d表示顆粒直徑，ΔN表示單位體積內尺寸為logd到logd+Δlogd之間的顆粒數目。o大o對數正態(tài)分布粉塵粒徑分布曲線很少像正態(tài)分布那樣成對稱的鐘形曲線，以lndp代替dp就可以將其轉化為近似正態(tài)分布曲線的對稱性鐘形曲線。特征數：幾何平均粒徑dg=d50，（幾何標準差）4.2.1煙氣濃度由于煙對光的吸收和散射作用，使得僅有部分光能夠穿過煙氣，從而降低了火災環(huán)境的能見度。當一束波長為λ的光通過煙氣時，根據Lambert_beer定律，有：

式中：Iλ0—入射光強；Iλ—透過煙氣的光強；

L—平均射線行程長度；

K—消光系數，K=Km*Ms；

Km—單位煙質量濃度的消光系數（比消光系數）；

Ms—煙質量濃度（單位體積內煙的質量）。煙氣濃度以減光率和光學密度來衡量煙氣減光率：百分不透明度（S）煙氣的光學密度為

S和D的關系為D=2-log(100-S)由式Iλ、K，D，得單位平均射線行程長度上的光學密度：DL

比光學密度（Ds）常用于標準煙箱法測量發(fā)煙的光學密度：式中：Vc為煙箱體積，Av為發(fā)煙試件的面積；Ds大，煙氣濃度大。表4-2。煙氣的質量光學密度（Dm）：式中mf—發(fā)煙材料的質量損失?；馂闹械氖枭酥竞屯ǖ赖哪芤姸葘θ藛T逃生極為重要。能見度與對比度關系密切，對于很大的，均勻背景下的孤立物體，其對比度的定義為：式中：B，B0分別物體和背景的亮度或光線強度；日光下黑色物體相對于白色背景的對比度為C=-0.02。該值通常被認為是能從背景中清楚辯別物體的臨界對比度;物體的能見度（S）定義為距對比度減小至-0.02這點的距離。而許多情況下，火災環(huán)境中能見度的測量常以物體不可辯清的最小距離為標準。并不用光度計去實際測量對比度。

火場能見度

火場能見度與煙氣消光系數之間經驗關系：消光系數KS=8對于發(fā)光物體能見度KS=3對于反光物體

例題：在6m見方，2.5m高房間明火燃燒200g的聚氨酯軟泡沫座墊。試估算此時火焰中反光疏散通道標志的能見度。在表（《火災學簡明教材》中表4.8）中查得煙氣質量光學密度：Dm=0.22m2/g。由式，由式，K=2.3DL=2.3*0.49=1.12m-1

由式，S=3/K=3/1.12=2.7m。4.2.2煙氣的危害高溫煙氣攜帶并輻射大量的熱量：人體皮膚溫度約為45時即有痛感，吸入150或更高溫度的熱煙氣將引起人體內部灼傷。缺氧一般情況下缺氧并不是主要問題，然而在轟燃發(fā)生時，可能很大區(qū)域內的氧氣會被耗盡，盡管轟燃只發(fā)生在某一房間之內。在一般大小的房間之中，3MW的火可能會在30s內耗盡所有室內的氧氣。有毒、有害成分：

CO、HCl，CO2，HCN，H2S，COCl2，NO2，SO2，Cl2，NH3等。表（4－3）對人體的影響。減光性分類單純窒息性化學窒息性氣體O2(％)CO2(％)CO(10-6)HCN(10-6)毒的作用

因對機體組織供氧量降低而造成精神、肌肉活動能力降低，呼吸因難，窒息。吸氣中O2的分壓力降低，引起缺氧癥，呼吸困難，弱刺激，窒息。阻礙血液的輸氧能力，頭痛，肌肉調節(jié)障礙，虛脫，意識不清細胞呼吸停止，頭暈，虛脫，意識不清。一天8h，一周40h的勞動環(huán)境中容許濃度聞到臭味刺激咽喉刺激眼咳嗽接觸數小時安全接觸lh安全接觸30min～1h危險接觸30min致死接觸短時間致死

6％

5000

4％4％

1.1％~1.7％3％~4％5％~6.7％

20％

50

100400~5001500~2000400013000

10

2045~54110~135135270火災時疏散條件14％3％2000200

評價材料煙氣毒性大?。夯瘜W分析法、動物試驗法、生理研究法

化學分析法：氣體濃度和成分；溫度對產物及含量的影響表4-4。可分析氣態(tài)燃燒產物的種類和含量，不能解釋毒性的生理作用，因此需進行動物試驗和生理研究。4.3煙氣毒性評價方法氣體種類取樣方法備注

氣相色譜

CO、CO2、O2、N2烴類間斷取樣

使用5(1＝10-1nm)分子篩和GDXl04柱紅外光譜(不分光型)CO、CO2連續(xù)取樣專用儀器傅立葉紅外氣體分析儀(FT—IR)CO、CO2、HCN、NOx、SO2、H2S、HCl、HF、NH3、CH4等十多種氣體連續(xù)取樣

一次分析最短時間為1秒

比色法HCN丙烯醛間斷取樣，水溶液吸收

限于低濃度

離子選擇性電極法鹵素離子間斷取樣，水溶液吸收

電化學法CO連續(xù)響應較慢氣體分析管

CO、CO2、HCN、NOx、H2S、HCl間斷取樣半定量

動物試驗法通過觀察生物對燃燒產物的綜合反應來評價煙氣的毒性。分為簡單觀察法和機械輪法等。

生理研究法解剖在火災中中毒死亡者，了解死亡的直接原因，如血液中毒性氣體的濃度、氣管中的煙塵，及燒傷情況等。研究表明，死者血液中，CO和HCN是主要的毒性氣體。在氣管和肺組織中檢出重金屬成分，如鉛、銻等，以及吸入肺部的刺激物，如醛、HCl等。

毒性評價指標評價煙氣毒性的指標很多，主要有：

(1)終點判據。在一定暴露時間內，試驗動物的死亡率、癱瘓(停止活動)率、發(fā)病率等。（2）毒性指數。LC50－使50％動物喪失生命的煙氣濃度；EC50－使50％動物喪失活動能力和停止活動的煙氣濃度；（3）毒性指數。LD50-使50動物致死的劑量。（4）毒性指數。LT50和IT50－使50％動物死亡和停止活動的時間。答：（1）缺氧窒息作用。燃燒要消耗大量氧氣，使空氣中含氧量大大降低，燃燒產生的CO2從而產生窒息作用。（2）毒性、刺激性及腐蝕作用。燃燒產生的CO2、SO2、HCL、HCN及氮的氧化物具有毒性、刺激性及腐蝕性、煙氣的爆炸性。（3）高溫氣體的熱損傷作用。燃燒產生的高溫對人體造成巨大損傷，煙氣的毒害性、煙氣的減光性。

舉例說明燃燒產物有哪些毒害作用？其危害性主要體現(xiàn)在哪幾個方面？

第5章典型火災及煙氣蔓延過程分析5.1建筑物火災

室內可燃物的燃燒過程火羽流室內可燃物著火之后，在可燃物上方形成氣相火焰，這種火焰可分為三個區(qū)域，最下面－連續(xù)火焰區(qū)中間－間斷火焰區(qū)：間斷火焰區(qū)最大的特點是呈間歇式振蕩燃燒，主要原因是火羽流與周圍空氣之間邊界層的不穩(wěn)定性造成的，這種不穩(wěn)定性震動呈軸對稱的渦旋結構。最上面－無火焰熱煙氣區(qū)：無火焰熱煙氣區(qū)由完全燃燒產物(如CO2和水)、不完全燃燒產物(如CO、氣態(tài)及液態(tài)碳氫化合物、炭粒等)和卷吸的空氣所組成。室內可燃物著火后產生火羽流的情況如圖5-l所示?；鹩鹆鞯妮S對稱旋渦結構火羽流中心線上溫度和流速分布的示意圖（5-2)?？扇伎諝馀c環(huán)境空氣混合形成擴散火焰，平均火焰高度為L?；鹧鎯蛇呄蛏仙煺沟奶摼€表示羽流邊界，即由燃燒產物和卷吸空氣構成的整個浮力羽流邊界。環(huán)境空氣以渦流形式快速穿過該邊界進入浮力羽流區(qū)?；鹧嫦虏康倪B續(xù)火焰區(qū)，因溫度較高而幾乎維持不變。而從火焰上部的間斷火焰區(qū)開始，溫度逐漸降低，這是由于燃燒反應逐漸減弱并消失，同時環(huán)境冷空氣被大量卷入的緣故?；鹩鹆髦行木€上的速度在平均火焰高度以下逐漸趨于最大值，然后隨高度的增加而下降。

可燃物表面上可見火焰-燃燒化學反應區(qū)。一般，火焰下部的層流非常穩(wěn)定，而火焰上部則呈現(xiàn)出間斷性，與氣流結構的耗散有關。

火焰高度－在某一高度位置上存在的時間分數，在持續(xù)火焰區(qū)內其值為1，隨著高度的增加進入間斷火焰區(qū)，其值逐漸減小→零。平均火焰高度(L)－火焰間斷性降至50％的高度。

火焰高度：表示燃燒速度及火焰蔓延規(guī)律的重要參數?；鹧娓叨葹榉奖阊芯浚S多學者提出利用平均火焰高度來表征火焰高度，它反映了火焰高度的統(tǒng)計特性。平均火焰高度的定義有多種，比如Thomas定義平均火焰高度為卷入的空氣與可燃氣體恰巧完全反應時對應的高度，而應用最為普遍的一種是利用間歇函數定義的火焰高度。另外，火焰脈動也是火焰高度的重要特性，其脈動的強弱通常用脈動頻率來表征。平均火焰高度總的來說，研究火焰高度的方法主要有目測法、特征參數法和圖像觀察法。目測法是試驗時直接觀察火焰高度的變化情況，最后取平均值。此方法較為簡便，但是存在很大的誤差，受人為主觀因素的影響也較大。特征參數法是利用實驗儀器設備測量火焰內部的各種參數,比如壓力、電荷等。該方法的精度較高，數據真實可信，但是對儀器設備的要求很高，而且測量結果受外界因素的影響較大。圖像觀察法則是利用圖像來間接觀察火焰高度的變化，然后標記火焰位置來計算平均火焰高度和火焰脈動頻率。該方法比較簡單，但是受人為主觀因素的影響很大，因而難以得到精確、客觀的量化結果。平均火焰高度的研究方法研究結果：火焰高度(L)與火區(qū)直徑(D)及燃燒速率密切相關:注意：上述表達式不適用于N大于105時所對應的大動量射流的情況；僅適應于液體燃料池火和其他水平固體表面火，但不包括存在內部燃燒的燃料垛火。

浮力羽流沿垂直方向的運動受室高限制，在遇頂棚后流動將改變方向形成頂棚射流。如果火源靠近墻壁或墻角，因邊界對空氣卷吸作用的阻礙，浮力羽流將向墻壁一側傾斜?？拷鼔Ρ诘母×τ鹆鲀A斜狀態(tài)圖火羽流沿頂棚水平方向流動示意圖

頂棚射流火羽流上升撞擊頂棚后，水平運動，形成~。圖5-3實際出現(xiàn)在火災初期，為出現(xiàn)熱煙氣層。多數情況下頂棚射流的厚度=頂棚高度的5~12%；最大速度和溫度出現(xiàn)在頂棚以下高度的1%處。公式（5-5）~（5-8）對應兩個區(qū)域的溫度和速度

安全逃生熱煙氣層下降速度---安全逃生、組織滅火，公式（5-9）簡化公式（5-10），獲得煙氣層厚度與時間關系---安全逃生時間。當有開口，考慮熱煙氣流流出量對下降速度的影響。室內火災的發(fā)展過程在此僅討論耐火建筑中具有代表性的一個房間內的火災發(fā)展過程，室內火災的發(fā)展過程可用室內煙氣和火焰平均溫度隨時間的變化來描述，如圖5-5所示。根據室內火災溫度隨時間的變化特點，可以將火災分為三個階段，即起火階段、全面發(fā)展階段和熄滅階段。起火階段室內火災發(fā)生后－局部燃燒，出現(xiàn)三種情況：(1)最初可燃物燒完，未蔓延至其他可燃物－初始著火可燃物隔離。(2)通風不足－自行熄滅(虛線)，或供氧受限，燃燒速度慢。(3)可燃物足夠＋通風良好，火災迅速發(fā)展→房間中所有可燃物(家具、衣物、可燃裝修材料等)燃燒→全面發(fā)展燃燒。特點：火災燃燒范圍?。ㄆ鸹瘘c附近）；室內溫度差別大；火災發(fā)展速度較慢，火勢不穩(wěn)定；火災發(fā)展時間長短因點火源、可燃物性質和分布、通風條件等的影響而差別很大。注意：滅火最佳時機，室內安裝和配備適當數量的滅火設備。人員疏散的有利時機。

全面發(fā)展階段火災擴大，火溫達一定值時（受熱輻射）房內可燃物熱解、氣化→房內可燃氣體起火，整個房間充滿了火焰，房間內可燃物表面卷入火災，燃燒猛烈，溫度升高快。房間內局部燃燒向全室性燃燒過渡－轟燃。轟燃：室內火災特征，標志全面發(fā)展階段。轟燃：持續(xù)高溫（1100℃）。火焰、高溫煙氣從房間開口大量噴出→火災蔓延。高溫影響構件，降低構件承載能力→破壞。耐火建筑房間：起火后，四周墻壁和頂棚、地面堅固，不會燒穿；全面燃燒階段，通風控制室內燃燒，室內火災保持著穩(wěn)定燃燒狀態(tài)?；馂娜姘l(fā)展階段的持續(xù)時間取決于室內可燃物的性質和數量、通風條件等。為減少損失，針對全面發(fā)展階段特點，防火設計：耐火性能防火分隔物，控火，防止蔓延；耐火程度較高建筑結構－承重體系，確保不倒塌破壞；

熄滅階段后期：室內可燃物揮發(fā)物質減少，燃燒速度遞減，溫度逐漸下降。室內平溫→最高溫度80％→熄滅階段。房間溫度下降明顯→可燃物燒光→室內外溫度相同，結束。其前期，燃燒猛烈，火溫高。應注意：防止建筑構件因較長時間受高溫作用和滅火射水冷卻作用而出現(xiàn)裂縫、下沉、傾斜或倒塌破壞，確保消防人員的人身安全；應注意防止火災向相鄰建筑蔓延。

煙囪效應(Stackeffect)

建筑火災煙氣流動與蔓延過程煙囪效應造電:澳大利亞千米“太陽塔”工程。煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。高層建筑內部一般設置數量不等的樓梯間、排風道、送風道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道，當室內溫度高于室外溫度時，室內熱空氣因密度小，便沿著這些垂直通道自然上升，透過門窗縫隙及各種孔洞從高層部分滲出，室外冷空氣因密度大，由低層滲入補充，這就形成煙囪效應。正向煙囪效應：外界溫度低，內部溫度高

逆向煙囪效應：外界溫度高，內部溫度低建筑火災中的煙氣蔓延在一定程度上依賴于煙囪效應。外部風作用在背風面：外部風產生的負壓會抽走著火房間煙氣，緩解煙氣蔓延在迎風面：外部風作用驅動煙氣在著火樓層內迅速蔓延，擴大煙氣危害。

膨脹作用和浮力

膨脹作用：對于有多個門（窗）敞開的著火房間，其作用可以忽略；對于密閉性較好的著火房間，其產生的壓差非常重要。

浮力作用：使煙氣經著火房間頂棚開口或墻壁任何開口（縫隙）向其他區(qū)域蔓延。影響隨與著火區(qū)之間的距離增大而減小。引風機動力作用（供暖、通風和空調系統(tǒng)）

迅速傳遞煙氣。在火災起始階段，有助于火災探測。隨火勢的增長，加速煙氣的蔓延。煙囪效應是室內外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的結果，通常以前者為主，而熱壓值與室內外溫差產生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，室內溫度越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應也越明顯，同時也說明，民用建筑的煙囪效應一般只是發(fā)生在冬季。就一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和面，認為中和面以下房問從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內滲出空氣。高層建筑煙囪效應分析在煙囪效應的作用下，室內有組織的自然通風、排煙排氣得以實現(xiàn)，但其負面影響也是多方面的：首先，風沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內，消耗熱量并污染室內；其次，風通過電梯井由底層廳門人口被抽到頂層的過程中，導致梯門不能正常關閉；第三，當發(fā)生火災時，隨著室內空氣溫度的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應更加明顯，此時，各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災垂直蔓延的主要途徑，從而助長火勢擴大災情。有資料顯示，煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為3-4m/s，意味著高度為100m的高層建筑，煙火由底層直接竄至頂層只需30s左右。如果燃燒條件具備，整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效應產生的負面影響，可采取以下一些措施∶

在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內，最直接的方法是將建筑通向外界的所有門，盡可能地設置成兩道門、旋轉門、加裝門斗或在外門內側設置空氣幕等，這對于大廳門尤為必要，對于那些次要通道連同地下停車場的外門口等，在冬季也要裝門，至少應增掛厚門簾。在冬季，電梯井頂部的通風孔應適當向小調整或關閉。

對于已采暖的建筑物，盡量不使低層部分的室內溫度高于高層部分。當火災發(fā)生時，不僅在任何季節(jié)通過各類豎井產生煙囪效應，而且還可能在小范圍內通過穿越樓板的空調管道，甚至是一些不引人注意的孔隙產生煙囪效應。對此，《高層民用建筑設計防火規(guī)范》（GB50045-1995）有以下明確規(guī)定∶

（1）當圍護結構采用幕墻形式時，“與每層樓板、隔墻處的縫隙，應采用不燃燒材料嚴密填實”。

（2）“建筑高度不超過100m的高層建筑，其電纜井、管道井應每隔2~3層在樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；建筑高度超過100m的高層建筑，應在每層樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔”。因施工缺陷、橋架和管道根部形成的各種孔隙，必須用不燃燒材料填塞密實。（3）“樓梯間和前室的門均為乙級防火門”，并“應具有自行關閉的功能”；各種豎向管井“井壁上的檢查門應采用丙級防火門”：“電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應采用不燃燒材料填塞密實”：“垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上應設防火閥”：“廚房、浴室、廁所等的垂直排風管道，應采取防止回流的措施或在支管上設置防火閥”，以確保火災時與走道及房間的分隔，防止各樓層之間通過豎井交叉蔓延。

2001年臺灣汐止東方科學園區(qū)的大火，這場火在凌晨4:00由三樓開始起火，火勢一度獲得控制，但接著火勢跳躍中間的樓層，直接從十六樓又開始起火，據推測很可能就是所謂的煙囪效應造成此種延燒方式，接下來，我們來分析一下，煙囪效應在高層建筑的形成過程。(3、4層)

(16層以上)

(25、26層外觀)

當火勢在建筑物內部形成時，內部空氣因受熱而密度變低，煙流因浮力效應向上流動，而在高層建筑中，有樓梯間、電梯豎井及管路間等垂直通路，正好提供煙流垂直流動的管道，煙層于是向上蓄積，理想上煙層會到達樓頂后再以水平的方向蔓延到樓層內部，而夾在起火層及煙層蓄積層間的樓層是不會有煙流蔓延到樓層內部，一直要到煙層下降到該面的樓層，才會有煙流蔓延。實際情形下，煙層是否會在樓頂蓄積要視樓層高度、外界溫度、火場溫度等決定，譬如說，大樓為30層的建筑，由于上述條件的交互影響，煙層有可能到達不了樓頂，可能在樓層第20層開始蓄積，并向水平漫延，此時，20層已上的樓層不會感受到有煙流的存在。要防止煙囪效應對生命財產的危害，最重要的就是要做好各垂直通道、管道間的防火阻絕，不要有空隙讓煙流可往水平方向流竄，就能將危害減到