燃燒學—第7章1

1、燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系1燃燒學 燃燒學燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系2第第7 7章章 室內(nèi)火災室內(nèi)火災 7.17.1室內(nèi)火災概述室內(nèi)火災概述 v 室內(nèi)火災是一種受限空間內(nèi)的燃燒室內(nèi)火災是一種受限空間內(nèi)的燃燒 v 火羽流火羽流 熱煙氣區(qū)間歇火焰區(qū)連續(xù)火焰區(qū)圖7-1 可燃物著火后產(chǎn)生火羽流示意圖可燃性物質(zhì)燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系3v 頂棚射流頂棚射流 RHQ燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系4室內(nèi)火災的發(fā)展過程平均溫度轟然充分發(fā)展階段衰減階段初期增長階段時間圖7

2、-4室內(nèi)火災發(fā)展的溫度時間曲線燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系5v （1 1）初期增長階段：）初期增長階段： 從出現(xiàn)明火算起從出現(xiàn)明火算起 開始火焰體積較小，燃燒狀況與敞開環(huán)境中的燃燒差不多；開始火焰體積較小，燃燒狀況與敞開環(huán)境中的燃燒差不多； 隨后火焰體積逐漸增大；隨后火焰體積逐漸增大； 室內(nèi)的通風狀況對火災的后續(xù)發(fā)展具有重要影響。室內(nèi)的通風狀況對火災的后續(xù)發(fā)展具有重要影響。 室內(nèi)火災可分為三大階段燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系6v （2 2）充分發(fā)展階段：）充分發(fā)展階段： 從轟燃算起從轟燃算起 室內(nèi)的燃燒強度仍在增加；室內(nèi)的燃燒

3、強度仍在增加； 釋熱速率逐漸達到最大值；釋熱速率逐漸達到最大值； 室內(nèi)溫度可超過室內(nèi)溫度可超過10001000； 嚴重地損壞室內(nèi)設備以致建筑物本身，甚至造成建筑物部分或全嚴重地損壞室內(nèi)設備以致建筑物本身，甚至造成建筑物部分或全部倒塌；部倒塌； 高溫火焰還常常卷著相當多地可燃氣體從起火室竄出，使火焰蔓高溫火焰還常常卷著相當多地可燃氣體從起火室竄出，使火焰蔓延到鄰近的區(qū)域；延到鄰近的區(qū)域； 是火災中最危險的階段。是火災中最危險的階段。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系7v （3 3）衰減階段：）衰減階段： 從室內(nèi)平均溫度降到其峰值的從室內(nèi)平均溫度降到其峰值的8080時算

4、起。時算起。 是火災逐漸冷卻的階段。是火災逐漸冷卻的階段。 由于室內(nèi)可燃物的揮發(fā)分大量消耗，明火燃燒逐漸無法維持；由于室內(nèi)可燃物的揮發(fā)分大量消耗，明火燃燒逐漸無法維持； 室內(nèi)僅剩下一堆赤熱的焦炭，它按固體炭燃燒的形式進行無焰燃室內(nèi)僅剩下一堆赤熱的焦炭，它按固體炭燃燒的形式進行無焰燃燒，不過其燃燒的速率已相當緩慢。燒，不過其燃燒的速率已相當緩慢。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系87.2 7.2 室內(nèi)受限燃燒的特點室內(nèi)受限燃燒的特點 7.2.17.2.1通風因子通風因子v 燃燒速率燃燒速率 （可燃物的質(zhì)量損失速率表示）與參數(shù)（可燃物的質(zhì)量損失速率表示）與參數(shù) 大致大致

5、成線性關(guān)系成線性關(guān)系 v 通風因子與燃燒速率的關(guān)系式通風因子與燃燒速率的關(guān)系式 7.2.27.2.2室內(nèi)燃燒的控制形式室內(nèi)燃燒的控制形式v 燃料控制燃燒燃料控制燃燒 燃燒速率由可燃物的性質(zhì)決定燃燒速率由可燃物的性質(zhì)決定 常出現(xiàn)在室內(nèi)火災初期常出現(xiàn)在室內(nèi)火災初期v 通風控制燃燒通風控制燃燒 可燃物的燃燒速率是由空氣流入速率決定可燃物的燃燒速率是由空氣流入速率決定 常出現(xiàn)在室內(nèi)火災充分發(fā)展階段常出現(xiàn)在室內(nèi)火災充分發(fā)展階段mHAHAm5 . 5燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系9v 通風口大小對燃燒的影響通風口大小對燃燒的影響 壁當通風口很小時，外界空氣流入相當壁當通風口

6、很小時，外界空氣流入相當困難，燃燒不強烈，燃燒速率也很低。困難，燃燒不強烈，燃燒速率也很低。 隨著通風口的增大，空氣供應狀況逐漸隨著通風口的增大，空氣供應狀況逐漸改善，燃燒速率加大，這樣室內(nèi)既有較改善，燃燒速率加大，這樣室內(nèi)既有較高的溫度，又有較好的通風，燃燒速率高的溫度，又有較好的通風，燃燒速率便迅速增大，便迅速增大， 在兩者配合最合適的情況下，燃燒速率在兩者配合最合適的情況下，燃燒速率達到最大值。之后，通風口再增大就開達到最大值。之后，通風口再增大就開始起相反的作用了，一方面造成煙氣層始起相反的作用了，一方面造成煙氣層減薄，另一方面使得經(jīng)過通風口向外的減薄，另一方面使得經(jīng)過通風口向外的輻射

7、熱增加，引起室內(nèi)平均溫度的降低，輻射熱增加，引起室內(nèi)平均溫度的降低，并引起燃燒速率的降低。并引起燃燒速率的降低。通風口大小通風口大小燃燒速率燃燒速率燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系10v 通風口位置高度通風口位置高度h h對燃燒速率的影響對燃燒速率的影響 對于確定的通風因子，隨著位置高度的增加，燃燒速率對于確定的通風因子，隨著位置高度的增加，燃燒速率出現(xiàn)了上升下降回升的變化規(guī)律。出現(xiàn)了上升下降回升的變化規(guī)律。通風口位置高度通風口位置高度h燃燒速率燃燒速率燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系11v 當當通風口很低時，室內(nèi)形成的煙氣層很厚，它

8、可將部分火焰通風口很低時，室內(nèi)形成的煙氣層很厚，它可將部分火焰浸沒，從而影響了燃燒的正常進行。浸沒，從而影響了燃燒的正常進行。 v 當通風口位置慢慢升高時，將使煙氣層逐漸減薄，但在開始當通風口位置慢慢升高時，將使煙氣層逐漸減薄，但在開始階段其主要效果是使煙氣浸沒火焰的情況得到緩解，于是，階段其主要效果是使煙氣浸沒火焰的情況得到緩解，于是，燃燒速率不斷增大。燃燒速率不斷增大。 v 到煙氣層對火焰不再產(chǎn)生直接影響時，燃燒速率達到極大值，到煙氣層對火焰不再產(chǎn)生直接影響時，燃燒速率達到極大值，而通風口高度在增加，煙氣減弱造成的室內(nèi)溫度下降的影響而通風口高度在增加，煙氣減弱造成的室內(nèi)溫度下降的影響日趨明

9、顯，致使燃燒速率慢慢降到極小值。日趨明顯，致使燃燒速率慢慢降到極小值。v 通風口接近頂棚，煙氣羽流撞擊到頂棚后，可形成具有一定通風口接近頂棚，煙氣羽流撞擊到頂棚后，可形成具有一定水平速度的頂棚射流。若煙氣可憑借這種速度流出去，必定水平速度的頂棚射流。若煙氣可憑借這種速度流出去，必定引起室內(nèi)外氣體交換速率的加快。煙氣層既可保持足夠的厚引起室內(nèi)外氣體交換速率的加快。煙氣層既可保持足夠的厚度，又不影響火焰，還有足夠的空氣供應，室內(nèi)的燃燒速率度，又不影響火焰，還有足夠的空氣供應，室內(nèi)的燃燒速率將達到最大將達到最大值。值。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系12轟燃（FLASH

10、OVER)發(fā)生的判據(jù) 地板平面處至少要接收到地板平面處至少要接收到20kW/m2的熱通量的熱通量 可燃物的燃燒速率要達到可燃物的燃燒速率要達到40g/s 頂棚煙氣溫度接近頂棚煙氣溫度接近600。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系13火災的蔓延 火區(qū)由已燃物向鄰近物體的蔓延方式火區(qū)由已燃物向鄰近物體的蔓延方式v 如果它們間距離較近或者方位合適，火焰就有可能如果它們間距離較近或者方位合適，火焰就有可能直接直接觸及觸及到鄰近物體的壁面并將其點燃；到鄰近物體的壁面并將其點燃；1. 火焰便靠火焰便靠輻射傳熱輻射傳熱方式向外擴展，這往往是初期室內(nèi)火災蔓方式向外擴展，這往往是初期

11、室內(nèi)火災蔓延的主要形式。延的主要形式。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系14 火區(qū)由起火房間向外的蔓延火區(qū)由起火房間向外的蔓延v 通過內(nèi)墻門蔓延到相鄰房間：通過內(nèi)墻門蔓延到相鄰房間： 建筑物內(nèi)某房間起火，最后蔓延到整個建筑物建筑物內(nèi)某房間起火，最后蔓延到整個建筑物,原因大多是房間原因大多是房間的門未能把火擋住。走廊內(nèi)即使沒有任何可燃物，從起火房間噴的門未能把火擋住。走廊內(nèi)即使沒有任何可燃物，從起火房間噴出的火焰和高溫煙氣，也能把火蔓延到較遠的房間或區(qū)域。出的火焰和高溫煙氣，也能把火蔓延到較遠的房間或區(qū)域。v 通過外墻窗口蔓延到樓上房間通過外墻窗口蔓延到樓上房間 起火

12、房間的溫度很高時，如果煙氣中含有過量可燃性氣體，則高起火房間的溫度很高時，如果煙氣中含有過量可燃性氣體，則高溫煙氣從外墻口排出后即會形成火焰，將會引起火勢向上層蔓延，溫煙氣從外墻口排出后即會形成火焰，將會引起火勢向上層蔓延，為了防止火災通過外墻窗口向上層蔓延需要設置防火為了防止火災通過外墻窗口向上層蔓延需要設置防火挑檐挑檐或加大或加大上下層窗間墻的高度。上下層窗間墻的高度。 樓板的孔洞和各種豎井管道、房間隔墻、穿越樓板、墻壁的關(guān)系樓板的孔洞和各種豎井管道、房間隔墻、穿越樓板、墻壁的關(guān)系和縫隙、悶頂?shù)纫彩腔馂穆拥闹饕窘?jīng)和縫隙、悶頂?shù)纫彩腔馂穆拥闹饕窘?jīng)v 通過外墻窗口蔓延到相鄰建筑通過外墻

13、窗口蔓延到相鄰建筑 起火建筑物從外墻口噴出的熱煙氣和火焰，能通過輻射把火災傳起火建筑物從外墻口噴出的熱煙氣和火焰，能通過輻射把火災傳播給相當距離內(nèi)的相鄰建筑。因此在建筑物之間設置播給相當距離內(nèi)的相鄰建筑。因此在建筑物之間設置防火間距防火間距，主要是為了避免熱輻射對相鄰建筑的威脅。主要是為了避免熱輻射對相鄰建筑的威脅。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系157.57.5火災煙氣特征及其危害火災煙氣特征及其危害 7.5.1.7.5.1.煙氣的產(chǎn)生煙氣的產(chǎn)生v 由燃燒或者熱解作用所產(chǎn)生的懸浮在氣相中的固體和液體微粒稱由燃燒或者熱解作用所產(chǎn)生的懸浮在氣相中的固體和液體微粒稱為

14、煙，含有煙粒子的氣體稱為煙氣為煙，含有煙粒子的氣體稱為煙氣 v 煙氣主要由三種類型的物質(zhì)組成：煙氣主要由三種類型的物質(zhì)組成： （1 1）氣相燃燒產(chǎn)物；）氣相燃燒產(chǎn)物； （2 2）未燃燒的氣態(tài)可燃物；）未燃燒的氣態(tài)可燃物； （3 3）未完全燃燒的液、固相分解物質(zhì)和冷凝物微小顆粒。）未完全燃燒的液、固相分解物質(zhì)和冷凝物微小顆粒。v 無焰燃燒無焰燃燒( (陰燃）陰燃） 生成的煙氣基本上是材料分解的揮發(fā)分，它進入空氣后可凝聚成較生成的煙氣基本上是材料分解的揮發(fā)分，它進入空氣后可凝聚成較重的高分子組分，形成一種薄霧。在靜止空氣中，表示煙氣顆粒大重的高分子組分，形成一種薄霧。在靜止空氣中，表示煙氣顆粒大小

15、的中間直徑小的中間直徑d df0f0約為約為1um1um，并可慢慢沉淀在物體表面形成油污，并可慢慢沉淀在物體表面形成油污 v 有焰燃燒有焰燃燒 產(chǎn)生的煙氣顆粒幾乎全是固體顆粒，其中一小部分是在較高熱通量產(chǎn)生的煙氣顆粒幾乎全是固體顆粒，其中一小部分是在較高熱通量作用下脫離物體表面的灰塵，大部分則是在氧濃度較低的情況下由作用下脫離物體表面的灰塵，大部分則是在氧濃度較低的情況下由于不完全燃燒或者高溫裂解而在氣相中生成的粒子。于不完全燃燒或者高溫裂解而在氣相中生成的粒子。燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系167.5.27.5.2火災煙氣特征火災煙氣特征v 不同的可燃物在不同

16、火災條件下產(chǎn)生的煙氣具有不同的特征，不同的可燃物在不同火災條件下產(chǎn)生的煙氣具有不同的特征，如如煙塵顆粒的大小煙塵顆粒的大小及其及其粒徑分布粒徑分布、煙氣的濃度煙氣的濃度、煙氣光密度煙氣光密度和火場的能見度和火場的能見度等。等。 7.5.2.1.7.5.2.1.煙塵顆粒的大小及其粒徑分布煙塵顆粒的大小及其粒徑分布v 煙氣中顆粒的大小可用顆粒平均直徑表示，通常采用幾何平煙氣中顆粒的大小可用顆粒平均直徑表示，通常采用幾何平均直徑均直徑d dgngn表示顆粒的平均直徑，其定義為表示顆粒的平均直徑，其定義為v 采用標準差來表示顆粒尺寸分布范圍內(nèi)的寬度，即采用標準差來表示顆粒尺寸分布范圍內(nèi)的寬度，即 ni

17、iignNdNd1loglog2/112logloglogniignigNNdd燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系17 7.5.2.27.5.2.2煙氣的濃度和煙氣光密度煙氣的濃度和煙氣光密度v LambertLambertBeerBeer定律：定律：v K K為消光系數(shù)為消光系數(shù) v 煙氣濃度通常用煙氣濃度通常用光密度光密度（或光學密度）（或光學密度）D D來衡量。其定義為：來衡量。其定義為： KLIIexp0smMKK IIDolog3 . 23 . 2smLMKLKD燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系18v 將單位平均光路上得將單位

18、平均光路上得光密度光密度D DL L作為描述煙氣濃度的基本參數(shù)，作為描述煙氣濃度的基本參數(shù)，即即 v 比光密度（煙密度）比光密度（煙密度）D DS S是從單位面積表面所產(chǎn)生的煙氣擴散是從單位面積表面所產(chǎn)生的煙氣擴散在單位體積的煙箱內(nèi)，單位光路長度的光密度在單位體積的煙箱內(nèi)，單位光路長度的光密度 3 . 23 . 2KMKLDDsmLAVDALVDDLs燃燒學燃燒學-第七章第七章中國礦業(yè)大學能源學院安全與消防工程系197.77.7煙氣的生成速率煙氣的生成速率v 煙氣控制煙氣控制 v 兩種途經(jīng)：即擋煙（防煙）和排煙兩種途經(jīng)：即擋煙（防煙）和排煙 v 擋煙擋煙 指用某些耐火性能好的物體或材料把煙氣阻擋在某些限定區(qū)域，指用某些耐火性能好的物體或材料把煙氣阻擋在某些限定區(qū)域，不讓它流動到可對人、物產(chǎn)生危害的地方不讓它流動到可對人、物產(chǎn)生危害的地方 適用于建筑物與起火區(qū)沒有開口、縫隙或漏洞的區(qū)域適用于建筑物與起火區(qū)沒有開口、縫隙或漏洞的區(qū)域 v 排煙排煙 是指使煙氣沿著對人和物沒有危害的渠道排到建筑外，從而消除是指使煙氣沿著對人和物沒有危害的渠道排到建筑外，從而消除煙氣的有害