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燃烧学燃烧学-第七章第七章燃烧学 燃烧学1中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章第第7 7章章 室内火灾室内火灾7.17.1室内火灾概述室内火灾概述 v室内火灾是一种受限空间内的燃烧室内火灾是一种受限空间内的燃烧 v火羽流火羽流 热烟气区间歇火焰区连续火焰区图7-1 可燃物着火后产生火羽流示意图可燃性物质2中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v顶棚射流顶棚射流 RHQ3中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章室内火灾的发展过程平均温度轰然充分发展阶段衰减阶段初期增长阶段时间图7-4室内火灾发展的温度时间曲线4中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v（1 1）初期增长阶段：）初期增长阶段：从出现明火算起从出现明火算起开始火焰体积较小，燃烧状况与敞开环境中的燃烧差不多；开始火焰体积较小，燃烧状况与敞开环境中的燃烧差不多；随后火焰体积逐渐增大；随后火焰体积逐渐增大；室内的通风状况对火灾的后续发展具有重要影响。室内的通风状况对火灾的后续发展具有重要影响。室内火灾可分为三大阶段5中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v（2 2）充分发展阶段：）充分发展阶段：从轰燃算起从轰燃算起室内的燃烧强度仍在增加；室内的燃烧强度仍在增加；释热速率逐渐达到最大值；释热速率逐渐达到最大值；室内温度可超过室内温度可超过10001000；严重地损坏室内设备以致建筑物本身，甚至造成建筑物部分或全严重地损坏室内设备以致建筑物本身，甚至造成建筑物部分或全部倒塌；部倒塌；高温火焰还常常卷着相当多地可燃气体从起火室窜出，使火焰蔓高温火焰还常常卷着相当多地可燃气体从起火室窜出，使火焰蔓延到邻近的区域；延到邻近的区域；是火灾中最危险的阶段。是火灾中最危险的阶段。6中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v（3 3）衰减阶段：）衰减阶段：从室内平均温度降到其峰值的从室内平均温度降到其峰值的8080时算起。时算起。是火灾逐渐冷却的阶段。是火灾逐渐冷却的阶段。由于室内可燃物的挥发分大量消耗，明火燃烧逐渐无法维持；由于室内可燃物的挥发分大量消耗，明火燃烧逐渐无法维持；室内仅剩下一堆赤热的焦炭，它按固体炭燃烧的形式进行无焰燃室内仅剩下一堆赤热的焦炭，它按固体炭燃烧的形式进行无焰燃烧，不过其燃烧的速率已相当缓慢。烧，不过其燃烧的速率已相当缓慢。7中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章7.2 7.2 室内受限燃烧的特点室内受限燃烧的特点7.2.17.2.1通风因子通风因子v燃燃烧烧速速率率 （可可燃燃物物的的质质量量损损失失速速率率表表示示）与与参参数数 大大致致成线性关系成线性关系 v通风因子与燃烧速率的关系式通风因子与燃烧速率的关系式 7.2.27.2.2室内燃烧的控制形式室内燃烧的控制形式v燃料控制燃烧燃料控制燃烧 燃烧速率由可燃物的性质决定燃烧速率由可燃物的性质决定 常出现在室内火灾初期常出现在室内火灾初期v通风控制燃烧通风控制燃烧 可燃物的燃烧速率是由空气流入速率决定可燃物的燃烧速率是由空气流入速率决定 常出现在室内火灾充分发展阶段常出现在室内火灾充分发展阶段8中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v通风口大小对燃烧的影响通风口大小对燃烧的影响壁壁当当通通风风口口很很小小时时，外外界界空空气气流流入入相相当当困难，燃烧不强烈，燃烧速率也很低。困难，燃烧不强烈，燃烧速率也很低。随随着着通通风风口口的的增增大大，空空气气供供应应状状况况逐逐渐渐改改善善，燃燃烧烧速速率率加加大大，这这样样室室内内既既有有较较高高的的温温度度，又又有有较较好好的的通通风风，燃燃烧烧速速率率便迅速增大，便迅速增大，在在两两者者配配合合最最合合适适的的情情况况下下，燃燃烧烧速速率率达达到到最最大大值值。之之后后，通通风风口口再再增增大大就就开开始始起起相相反反的的作作用用了了，一一方方面面造造成成烟烟气气层层减减薄薄，另另一一方方面面使使得得经经过过通通风风口口向向外外的的辐辐射射热热增增加加，引引起起室室内内平平均均温温度度的的降降低低，并引起燃烧速率的降低。并引起燃烧速率的降低。通风口大小通风口大小燃燃烧烧速速率率9中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v通风口位置高度通风口位置高度h h对燃烧速率的影响对燃烧速率的影响对于确定的通风因子，随着位置高度的增加，燃烧速率对于确定的通风因子，随着位置高度的增加，燃烧速率出现了上升下降回升的变化规律。出现了上升下降回升的变化规律。通风口位置高度通风口位置高度h燃燃烧烧速速率率10中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v当当通风口很低时，室内形成的烟气层很厚，它可将部分火焰通风口很低时，室内形成的烟气层很厚，它可将部分火焰浸没，从而影响了燃烧的正常进行。浸没，从而影响了燃烧的正常进行。v当通风口位置慢慢升高时，将使烟气层逐渐减薄，但在开始当通风口位置慢慢升高时，将使烟气层逐渐减薄，但在开始阶段其主要效果是使烟气浸没火焰的情况得到缓解，于是，阶段其主要效果是使烟气浸没火焰的情况得到缓解，于是，燃烧速率不断增大。燃烧速率不断增大。v到到烟烟气气层层对对火火焰焰不不再再产产生生直直接接影影响响时时，燃燃烧烧速速率率达达到到极极大大值值，而而通通风风口口高高度度在在增增加加，烟烟气气减减弱弱造造成成的的室室内内温温度度下下降降的的影影响响日趋明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。日趋明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。v通风口接近顶棚，烟气羽流撞击到顶棚后，可形成具有一定通风口接近顶棚，烟气羽流撞击到顶棚后，可形成具有一定水平速度的顶棚射流。若烟气可凭借这种速度流出去，必定水平速度的顶棚射流。若烟气可凭借这种速度流出去，必定引起室内外气体交换速率的加快。烟气层既可保持足够的厚引起室内外气体交换速率的加快。烟气层既可保持足够的厚度，又不影响火焰，还有足够的空气供应，室内的燃烧速率度，又不影响火焰，还有足够的空气供应，室内的燃烧速率将达到最大将达到最大值。值。11中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章轰燃（FLASHOVER)发生的判据地板平面处至少要接收到地板平面处至少要接收到20kW/m2的热通量的热通量可燃物的燃烧速率要达到可燃物的燃烧速率要达到40g/s顶棚烟气温度接近顶棚烟气温度接近600。12中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章火灾的蔓延火区由已燃物向邻近物体的蔓延方式火区由已燃物向邻近物体的蔓延方式1.如果它们间距离较近或者方位合适，火焰就有可能如果它们间距离较近或者方位合适，火焰就有可能直接直接触及触及到邻近物体的壁面并将其点燃；到邻近物体的壁面并将其点燃；2.火焰便靠火焰便靠辐射传热辐射传热方式向外扩展，这往往是初期室内火灾蔓方式向外扩展，这往往是初期室内火灾蔓延的主要形式。延的主要形式。13中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章火区由起火房间向外的蔓延火区由起火房间向外的蔓延v通过内墙门蔓延到相邻房间：通过内墙门蔓延到相邻房间：建筑物内某房间起火，最后蔓延到整个建筑物建筑物内某房间起火，最后蔓延到整个建筑物,原因大多是房间原因大多是房间的门未能把火挡住。走廊内即使没有任何可燃物，从起火房间喷的门未能把火挡住。走廊内即使没有任何可燃物，从起火房间喷出的火焰和高温烟气，也能把火蔓延到较远的房间或区域。出的火焰和高温烟气，也能把火蔓延到较远的房间或区域。v通过外墙窗口蔓延到楼上房间通过外墙窗口蔓延到楼上房间起火房间的温度很高时，如果烟气中含有过量可燃性气体，则高起火房间的温度很高时，如果烟气中含有过量可燃性气体，则高温烟气从外墙口排出后即会形成火焰，将会引起火势向上层蔓延，温烟气从外墙口排出后即会形成火焰，将会引起火势向上层蔓延，为了防止火灾通过外墙窗口向上层蔓延需要设置防火为了防止火灾通过外墙窗口向上层蔓延需要设置防火挑檐挑檐或加大或加大上下层窗间墙的高度。上下层窗间墙的高度。楼板的孔洞和各种竖井管道、房间隔墙、穿越楼板、墙壁的关系楼板的孔洞和各种竖井管道、房间隔墙、穿越楼板、墙壁的关系和缝隙、闷顶等也是火灾蔓延的主要途经和缝隙、闷顶等也是火灾蔓延的主要途经v通过外墙窗口蔓延到相邻建筑通过外墙窗口蔓延到相邻建筑起火建筑物从外墙口喷出的热烟气和火焰，能通过辐射把火灾传起火建筑物从外墙口喷出的热烟气和火焰，能通过辐射把火灾传播给相当距离内的相邻建筑。因此在建筑物之间设置播给相当距离内的相邻建筑。因此在建筑物之间设置防火间距防火间距，主要是为了避免热辐射对相邻建筑的威胁。主要是为了避免热辐射对相邻建筑的威胁。14中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章7.57.5火灾烟气特征及其危害火灾烟气特征及其危害7.5.1.7.5.1.烟气的产生烟气的产生v由燃烧或者热解作用所产生的悬浮在气相中的固体和液体微粒称由燃烧或者热解作用所产生的悬浮在气相中的固体和液体微粒称为烟，含有烟粒子的气体称为烟气为烟，含有烟粒子的气体称为烟气 v烟气主要由三种类型的物质组成：烟气主要由三种类型的物质组成：（1 1）气相燃烧产物；）气相燃烧产物；（2 2）未燃烧的气态可燃物；）未燃烧的气态可燃物；（3 3）未完全燃烧的液、固相分解物质和冷凝物微小颗粒。）未完全燃烧的液、固相分解物质和冷凝物微小颗粒。v无焰燃烧无焰燃烧(阴燃）阴燃）生成的烟气基本上是材料分解的挥发分，它进入空气后可凝聚成较生成的烟气基本上是材料分解的挥发分，它进入空气后可凝聚成较重的高分子组分，形成一种薄雾。在静止空气中，表示烟气颗粒大重的高分子组分，形成一种薄雾。在静止空气中，表示烟气颗粒大小的中间直径小的中间直径d df0f0约为约为1um1um，并可慢慢沉淀在物体表面形成油污并可慢慢沉淀在物体表面形成油污 v有焰燃烧有焰燃烧 产生的烟气颗粒几乎全是固体颗粒，其中一小部分是在较高热通量产生的烟气颗粒几乎全是固体颗粒，其中一小部分是在较高热通量作用下脱离物体表面的灰尘，大部分则是在氧浓度较低的情况下由作用下脱离物体表面的灰尘，大部分则是在氧浓度较低的情况下由于不完全燃烧或者高温裂解而在气相中生成的粒子。于不完全燃烧或者高温裂解而在气相中生成的粒子。15中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章7.5.27.5.2火灾烟气特征火灾烟气特征v不不同同的的可可燃燃物物在在不不同同火火灾灾条条件件下下产产生生的的烟烟气气具具有有不不同同的的特特征征，如如烟烟尘尘颗颗粒粒的的大大小小及及其其粒粒径径分分布布、烟烟气气的的浓浓度度、烟烟气气光光密密度度和火场的能见度和火场的能见度等。等。7.5.2.1.7.5.2.1.烟尘颗粒的大小及其粒径分布烟尘颗粒的大小及其粒径分布v烟烟气气中中颗颗粒粒的的大大小小可可用用颗颗粒粒平平均均直直径径表表示示，通通常常采采用用几几何何平平均直径均直径d dgngn表示颗粒的平均直径，其定义为表示颗粒的平均直径，其定义为v采用标准差来表示颗粒尺寸分布范围内的宽度，即采用标准差来表示颗粒尺寸分布范围内的宽度，即 16中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章7.5.2.27.5.2.2烟气的浓度和烟气光密度烟气的浓度和烟气光密度vLambertLambertBeerBeer定律：定律：vK K为消光系数为消光系数 v烟气浓度通常用烟气浓度通常用光密度光密度（或光学密度）（或光学密度）D D来衡量。其定义为：来衡量。其定义为：17中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v将单位平均光路上得将单位平均光路上得光密度光密度D DL L作为描述烟气浓度的基本参数，作为描述烟气浓度的基本参数，即即 v比光密度（烟密度）比光密度（烟密度）D DS S是从单位面积表面所产生的烟气扩散在是从单位面积表面所产生的烟气扩散在单位体积的烟箱内，单位光路长度的光密度单位体积的烟箱内，单位光路长度的光密度 18中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章7.77.7烟气的生成速率烟气的生成速率v烟气控制烟气控制 v两种途经：即挡烟（防烟）和排烟两种途经：即挡烟（防烟）和排烟 v挡烟挡烟 指用某些耐火性能好的物体或材料把烟气阻挡在某些限定区域，指用某些耐火性能好的物体或材料把烟气阻挡在某些限定区域，不让它流动到可对人、物产生危害的地方不让它流动到可对人、物产生危害的地方 适用于建筑物与起火区没有开口、缝隙或漏洞的区域适用于建筑物与起火区没有开口、缝隙或漏洞的区域 v排烟排烟 是指使烟气沿着对人和物没有危害的渠道排到建筑外，从而消除是指使烟气沿着对人和物没有危害的渠道排到建筑外，从而消除烟气的有害影响烟气的有害影响 排烟有自然排烟和机械排烟两种形式排烟有自然排烟和机械排烟两种形式 排烟速度大于烟气的生成速度排烟速度大于烟气的生成速度在烟气控制计算中，可近似认为烟气的生成量等于卷入的空气量。在烟气控制计算中，可近似认为烟气的生成量等于卷入的空气量。19中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章v空气的质量卷吸速率可用下式来表示空气的质量卷吸速率可用下式来表示v若若将将0 01.22kg/m1.22kg/m3 3，T T0 0290K290K，T Tf f1100K1100K等等数数值值代代入入上上式式，得得v烟气生成速率也可用体积速率来表示，即烟气生成速率也可用体积速率来表示，即 vs s为热烟气的密度，其大小随温度改变而改变为热烟气的密度，其大小随温度改变而改变 20中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章烟气层的体积表示为烟气层的体积表示为AHY21中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学-第七章第七章22中国矿业大学能源学院安全与消防工程系