中國科技大學(xué)火災(zāi)爆炸安全工程課件

課件下載地址6/火災(zāi)爆炸安全工程課件/煙氣的性質(zhì)、流動和控制內(nèi)容煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣的遮光性煙氣的流動煙氣的控制煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣的定義可燃?xì)鉄峤饣蛉紵a(chǎn)生的氣相產(chǎn)物由于卷吸而進(jìn)入的空氣多種微小的固體顆粒和液滴

塵、炭煙、霧－氣溶膠原生粒子－以固體顆粒進(jìn)入氣相中的物質(zhì)再生粒子－由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或液體的粒子火災(zāi)煙氣是一種特殊類型的氣溶膠

煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣對人的危害煙氣對人的直接危害高溫?zé)煔鈱θ藰?gòu)成灼傷危險煙氣的窒息作用煙氣的有毒成分會造成致命危險煙氣的遮光性大大降低能見度，以致嚴(yán)重影響人員疏散和滅火行動煙氣對人的間接危害煙氣使人群陷入受威脅狀態(tài)，從而使人員的運(yùn)動特點(diǎn)在火災(zāi)時產(chǎn)生與正常時很大的區(qū)別80%左右的人死于煙氣煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙顆粒的產(chǎn)生母體可燃物的化學(xué)性質(zhì)對煙氣產(chǎn)生有重要影響低分子量的燃料基本上不產(chǎn)生煙氣一氧化碳、甲醛、甲醇、乙醚等高分子燃料易產(chǎn)生煙氣燃料的化學(xué)組分是決定煙氣產(chǎn)生量的主要因素經(jīng)過部分氧化的燃料發(fā)出的煙量比生成這些物質(zhì)的碳?xì)浠衔锏陌l(fā)煙量少PMMA煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣的濃度由煙氣中所含固體顆?；蛞旱蔚亩嗌偌靶再|(zhì)決定煙氣中顆粒量的測量過濾法：煙氣流過一定的濾紙或?yàn)V網(wǎng)后的重量G粒子數(shù)目測量法：光子裝置置于煙氣通道上，利用遮光性或反光性測單位體積煙氣通過的煙顆粒數(shù)目O光學(xué)濃度表示法：確定煙氣在已知容積的容器內(nèi)的遮光性（光學(xué)密度）固定容積式S流動式D煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣的溫度100℃的溫度下：30分鐘幾分鐘溫度與極限忍受時間的關(guān)系式空氣濕度增大，極限忍受時間降低衣服的透氣性和隔熱程度對忍受溫度也有影響煙氣的遮光性表示方法光通過煙氣或灰塵后會發(fā)生折射、散射、反射等現(xiàn)象，光強(qiáng)減小遮光性：一定光束穿過煙場后強(qiáng)度的衰減光學(xué)密度：光通過煙氣后透射率倒數(shù)的常用對數(shù)煙氣的遮光性煙氣遮光性的幾種表示方法煙氣的光學(xué)密度：D=lg(I0/I)=-lg(I/I0)單位：貝爾（bel)，單位較大分貝(db)：貝爾的1/10,OD=-10lg(I/I0)單位長度光學(xué)密度：D0=-lg(I/I0)/L 減光系數(shù)：Kc=–ln(I/I0)/L=2.303D0煙的百分遮光度：B=(I0–I)/I0

100%光學(xué)密度和遮光度的關(guān)系：D=-lg(1-B/100)煙氣的遮光性煙氣的遮光性和人的能見度能見度的概念：人在一定環(huán)境下能看到的最遠(yuǎn)距離，具有一定的主觀標(biāo)志。人員疏散的一個重要影響因素，決定人員是否有危險影響煙氣能見度的因素：煙氣本身的性質(zhì)：顏色、濃度、顆粒大小、刺激性等目標(biāo)物的性質(zhì)：顏色、尺寸、光照條件、發(fā)射光還是反射光等背景人員本身的身體和精神狀態(tài)、視力情況煙氣的遮光性煙氣的遮光性和人的能見度能見度與減光系數(shù)和單位光學(xué)密度的關(guān)系V=R/Kc=R/2.303D金實(shí)驗(yàn)白煙減光系數(shù)較小發(fā)光標(biāo)志：R取5－10反光標(biāo)志：R取2－4有反射光存在的建筑物：R取2－4

巴切爾、帕乃爾自發(fā)光標(biāo)志可見度比反光標(biāo)志的大2.5倍

發(fā)光標(biāo)志的能見度與減光系數(shù)的關(guān)系500cd/m2

白煙2000cd/m2

黑煙500cd/m2

黑煙2000cd/m2

白煙

0.4

0.5

0.7

1

1.5

2201510

7能見度V(m)減光系數(shù)Kc(1/m)

Vα=8煙氣的遮光性刺激性氣體對能見度的影響刺激性氣體對眼睛構(gòu)成危害，人無法睜眼在刺激性氣體中能見度和減光系數(shù)間的關(guān)系不適用在刺激性與非刺激性氣體中人的能見度能見度V(m)減光系數(shù)Kc(1/m)0.20.30.50.711.5232357102030刺激性煙氣非刺激性煙氣經(jīng)驗(yàn)方程Vα=6煙氣的遮光性材料的發(fā)煙性能測試材料的發(fā)煙性能不是材料的固有性質(zhì)，與火災(zāi)環(huán)境有關(guān)但它建立了一種可評價材料發(fā)煙性的方法，仍得到廣泛應(yīng)用不同測試方法的設(shè)計略有差別，但光學(xué)密度的測量都是將煙氣收集到固定的容器中進(jìn)行的名稱場合類型參考Rohm-HaasXP—2FOSASTM,1977NBS試驗(yàn)ROSASTM,1979Arapahoe試驗(yàn)FGASTM,1982Steiner隧道法FODASTM,1981(a)輻射板試驗(yàn)RODASTM,1981(b)OSU量熱計RODASTM,1980(b)ISO煙箱ROSISO,1980煙氣的遮光性材料的發(fā)煙性能測試大多方法都是NBS煙箱法的改進(jìn)型和衍生型常用的NBS煙箱法實(shí)驗(yàn)材料：75cm2

熱源：豎直上方2.5W/cm2的固定熱源下方6個小火焰組成的有焰燃燒陣結(jié)果：裝置內(nèi)試樣光學(xué)密度的最大值

Dm=D0(V/As)只考慮了試樣的暴露面積，沒考慮試樣的厚度再現(xiàn)性和重復(fù)性好，誤差在±25％間浮動煙氣的遮光性可燃固體處在煙囪結(jié)構(gòu)中發(fā)出的煙很少實(shí)驗(yàn)爐中產(chǎn)生的煙較多一些問題具體建筑物應(yīng)當(dāng)按什么值來選擇材料通風(fēng)和轟燃對發(fā)煙量的影響發(fā)煙速率和發(fā)煙勢的聯(lián)系導(dǎo)向火焰研究可燃固體自由燃燒時發(fā)煙性能的裝置 煙氣的流動煙氣的有效流通面積煙氣流動的驅(qū)動力中性面位置的計算中性面以上樓層內(nèi)的煙氣濃度煙氣的流動有效流通面積某種流體在一定壓差下流過系統(tǒng)的總的當(dāng)量流通面積存在并聯(lián)流動、串聯(lián)流動、混聯(lián)流動有效流通面積的計算并聯(lián)流動：每個出口的壓差P都相同，總流量QT

為各出口流量之和QT

=Q1+Q2+Q3Q=CA(2P/)1/2

加壓空間Q1AQA2A3Q3Q2A1并聯(lián)出口 煙氣的流動有效流通面積的計算串聯(lián)流動每個出口的體積流率相同總壓差

為各壓差之和PT=P1+P2+P3

加壓空間Q1AQA2A3Q3Q2A1煙氣的流動有效流通面積的計算混聯(lián)流動：既有并聯(lián)，又有串聯(lián)并聯(lián)：A2和A3，A4和A5串聯(lián)：A23e、A45e與A1串聯(lián)

A3A2Q3Q2Q1Q4A5Q5QA加壓空間A4A1混聯(lián)出口

煙氣的流動溫度與流通系數(shù)變化的影響并聯(lián)：串聯(lián)：煙氣的流動煙囪效應(yīng)上下雙開口形成流動：正向上，負(fù)向下存在中性面，約在豎井中部，取決于上下口面積正煙囪效應(yīng)中性面之下：中性面中上：假定理想氣體煙氣的流動煙囪效應(yīng)實(shí)際中，氣體流動豎井樓層外界對任意一樓層，其有效流動面積為：通過該層的質(zhì)量流率為：對于串聯(lián)路徑，有從而得到豎井與建筑內(nèi)部房間之間的壓差：

煙氣的流動煙囪效應(yīng)建筑物中正煙囪效應(yīng)引起的煙氣流動(a)(b)(c)著火層著火層中性面中性面著火層煙氣的流動煙氣的浮力與膨脹力密度差引起的房間與外界環(huán)境的壓差著火房間溫度恒定時：當(dāng)外界壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，有

煙氣的流動煙氣的浮力與膨脹力壓差與燃燒狀況的關(guān)系煙氣流出與空氣流入的體積流量之比煙氣的流動風(fēng)的影響風(fēng)壓的產(chǎn)生及影響因素壓力差的大小與風(fēng)速的平方成正比

使用空氣溫度表述，上式可寫為風(fēng)壓系數(shù)Cw：-0.8－+0.8,與建筑物的幾何形狀、當(dāng)?shù)氐膿躏L(fēng)情況、墻壁與風(fēng)向之間的風(fēng)向角有關(guān)煙氣的流動風(fēng)的影響建筑物的高寬比建筑物的長寬比

風(fēng)向角()不同墻壁上的風(fēng)壓系數(shù)正面背面?zhèn)让?/p>

側(cè)面0°90°0°90°+0.7-0.2-0.5-0.5-0.5-0.5+0.7-0.2+0.7-0.25-0.6-0.6-0.5-0.5+0.7-0.10°90°0°90°+0.7-0.25-0.6-0.6-0.6-0.5+0.7-0.25+0.7-0.3-0.7-0.7-0.5-0.5+0.7-0.10°90°0°90°+0.8-0.25-0.8-0.8-0.8-0.8+0.8-0.25+0.7-0.4-0.7-0.7-0.5-0.5+0.8-0.1煙氣的流動風(fēng)的影響由風(fēng)引起的建筑物兩個側(cè)面的壓差為：風(fēng)壓影響自然排煙風(fēng)速與高度的關(guān)系：n：無量綱風(fēng)速指數(shù)平坦區(qū)（野外）：0.16不平坦區(qū)（村鎮(zhèn)）：0.28很不平坦區(qū)（市區(qū)）：0.40煙氣的流動不同地形下的風(fēng)速分布情況煙氣的流動機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)造成的壓差管道本身通風(fēng)或煙囪效應(yīng)管道相通，容易傳播煙氣風(fēng)機(jī)啟動時壓差較大防范措施關(guān)閉引風(fēng)機(jī)，切斷聯(lián)系關(guān)閉風(fēng)道，安裝防火閥特殊設(shè)計控制煙氣流動通風(fēng)系統(tǒng)作為排煙設(shè)施？煙氣的流動電梯的活塞效應(yīng)活塞效應(yīng)：前部壓縮氣體，后部抽引氣體火災(zāi)中電梯的使用存在爭議電梯上方與外界環(huán)境的壓差煙氣的流動電梯的活塞效應(yīng)流通通道：電梯井門廳房間室外有效流通面積：Ae=(Ars-2+Air-2+Aoi-2)-1/2門廳與建筑物內(nèi)部房間之間的壓差壓差不能超過下述值適用于通風(fēng)口關(guān)閉的電梯井單井大于多井煙氣的流動中性面位置連續(xù)開縫的豎井

煙氣的流動中性面位置上下雙開口的豎井煙氣的流動連續(xù)開縫和一個上開口的豎井流出豎井的質(zhì)量是由連續(xù)開縫流出的質(zhì)量與由開口流出的質(zhì)量之和。根據(jù)豎井內(nèi)的質(zhì)量連續(xù)方程，流出的質(zhì)量應(yīng)等于流入的質(zhì)量。

當(dāng)Av≠0：中性面以上樓層內(nèi)的煙氣濃度假設(shè)：煙氣質(zhì)量流率穩(wěn)定；樓層之間沒有縫隙；外界溫度低于豎井內(nèi)溫度。質(zhì)量流率：

煙囪效應(yīng)造成的壓差：污染物的質(zhì)量守恒方程：污染物濃度：煙氣的流動煙氣的控制煙氣控制所有可以單獨(dú)或組合起來以減輕或消除煙氣危害的方法?？刂茻煔獾耐緩綋鯚煟瓕煔庾钃踉谀承┫薅▍^(qū)域排煙－－通過對人和物沒有危害的渠道導(dǎo)出煙氣自然排煙機(jī)械排煙大規(guī)模建筑，煙氣控制是幾種方法的結(jié)合

煙氣的控制煙氣控制的基本方式防煙分隔防煙分隔的物體：墻壁、隔板、樓板等防煙阻體擋煙主要是在建筑物內(nèi)形成一定大小的防煙分區(qū)防煙阻體材料必須具有一定的耐火性能

跨越防煙分區(qū)的活動，則必須設(shè)置活動的門或窗簾

分隔物存在一定的煙氣泄漏煙氣泄漏的一階近似：開口流動方程煙氣的控制煙氣控制的基本方式防煙分區(qū)：讓煙被限制在一個分區(qū)內(nèi)，再利用該區(qū)獨(dú)立的排煙系統(tǒng)將煙排出，達(dá)到煙控制的目的。防煙分區(qū)的劃分方法平面分區(qū)：樓地板面積較大的使用空間，大多與防煙垂壁相配合。分區(qū)原則可分為以樓地板面積，及以距排煙口長度來劃分。垂直分區(qū)：電梯豎井、樓梯間或其它管道井等，用防火墻及防火門作分區(qū)，以防止煙流入豎井中并經(jīng)由豎井向其它樓層蔓延。層間分區(qū)：樓層為基礎(chǔ)，所構(gòu)成之天花板和樓地板間的分區(qū)。煙氣的控制煙氣控制的基本方式防煙分區(qū)的面積計算走道內(nèi)有排煙，房間內(nèi)沒有門為防火門：只按走道面積劃分門不是防火門：房間和走道面積都算房間內(nèi)有排煙，走道內(nèi)沒有門為防火門：只按房間面積劃分門不是防火門：房間和走道面積都算煙氣的控制煙氣控制的基本方式非火源區(qū)域的煙氣稀釋煙氣稀釋可是煙氣或粒子濃度控制在人可承受的程度煙氣在空間的濃度分布為：

由此得到：稀釋率

＝時間煙氣的控制煙氣控制的基本方式加壓控制使用風(fēng)機(jī)在防煙分隔物的兩側(cè)造成壓差從而控制煙氣流過。加壓控制的兩種狀況利用分隔物兩側(cè)的壓差控制利用平均流速足夠大的空氣控制設(shè)計煙控系統(tǒng)時，應(yīng)分別考慮兩種情況加壓系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計一種可將煙氣排到外界的通道煙氣的控制煙氣控制的基本方式空氣流應(yīng)用于鐵路、公路隧道、地下鐵道等的煙控Thomas給出的臨界速度公式：

煙氣的控制煙氣控制的基本方式空氣流取下游氣體參數(shù)為離火源足夠遠(yuǎn)區(qū)域的參數(shù)，有系數(shù)kv約為0.0292。適用于走廊內(nèi)煙氣流動根據(jù)火源功率可確定臨界流速建筑物內(nèi)一般不采用浮力用于風(fēng)機(jī)驅(qū)動和自然通風(fēng)系統(tǒng)噴淋對浮力的削弱煙氣的控制空氣流率與壓差的計算通過縫隙的流率與壓差的關(guān)系可表述為：壓差可表述為：雷諾數(shù)：

為路徑的特性尺寸

空氣流率與壓差的計算動力控制的流動Re較大時（2500-4000)：

C（無量綱流通系數(shù)）一般在0.5～0.7

標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的流率公式：空氣流率與壓差的計算粘性力控制的流動

在100～1000流率與壓力損失成正比其類似無限長平行板泊松（Poiseuille）流實(shí)際流動與平板泊松流存在偏差

空氣流率與壓差的計算指數(shù)流動方程計算公式

：指數(shù)方程的流通系數(shù)

n：流通指數(shù)

內(nèi)部路徑的指數(shù)取0.5外部墻壁的指數(shù)取0.6或0.65空氣流率與壓差的計算縫隙流動的計算Gross和Haberman提出的通用方法無量綱流率無量綱壓差

a:垂直于流動方向的縫隙寬度x:平行于流動方向的縫隙深度

Dh=2a：特征直徑空氣流率與壓差的計算對于直通縫的進(jìn)口部分，流動分三段Ⅰ段：Ⅱ段：