1、燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系1燃烧学 燃烧学燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系2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燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系3v 顶棚射流顶棚射流 RHQ燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系4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
2、-4室内火灾发展的温度时间曲线燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系5v（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燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系6v（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；
3、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7v（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
4、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系87.2 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 燃烧速率燃烧速率 （可燃物的质量损失速率表示）与参数（可燃物的质量损失速率表示）与参数 大致大致成线性关系成线性关系 v 通风因子
5、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mHAHAm5.5燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系9v 通风口大小对燃烧的影响通风口大小对燃烧的影响 壁当通风口很小时，外界空气流入相当壁当通风口很小时，外界空气流入相当困难，燃烧不强
6、烈，燃烧速率也很低。困难，燃烧不强烈，燃烧速率也很低。随着通风口的增大，空气供应状况逐渐随着通风口的增大，空气供应状况逐渐改善，燃烧速率加大，这样室内既有较改善，燃烧速率加大，这样室内既有较高的温度，又有较好的通风，燃烧速率高的温度，又有较好的通风，燃烧速率便迅速增大，便迅速增大，在两者配合最合适的情况下，燃烧速率在两者配合最合适的情况下，燃烧速率达到最大值。之后，通风口再增大就开达到最大值。之后，通风口再增大就开始起相反的作用了，一方面造成烟气层始起相反的作用了，一方面造成烟气层减薄，另一方面使得经过通风口向外的减薄，另一方面使得经过通风口向外的辐射热增加，引起室内平均温度的降低，辐射热增加
7、，引起室内平均温度的降低，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烧速率燃烧速率燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系10v 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燃烧速率燃烧速率燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系11v 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
8、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 到烟气层对火焰不再产生直接影响时，燃烧速率达到极大值，到烟气层对火焰不再产生直接影响时，燃烧速率达到极大值，而通风口高度在增加，烟气减弱造成的室内温度下降的影响而通风口高度在增加，烟气减弱造成的室内温度下降的影响日趋明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。日趋明显，致使
9、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系12轰燃（FLASHOVER)发生的判据 地板平面处至少要接收到地
10、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系13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。燃烧学燃烧
11、学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系14 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
12、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
13、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系157.57.5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
14、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
15、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系167.5.27.5.2火灾烟气特征火灾烟气特征v 不同的可燃物在不同火灾条件下产生的烟气具有不同的特征，不同的可燃物在不同火灾条件下
16、产生的烟气具有不同的特征，如如烟尘颗粒的大小烟尘颗粒的大小及其及其粒径分布粒径分布、烟气的浓度烟气的浓度、烟气光密度烟气光密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 烟气中颗粒的大小可用颗粒平均直径表示，通常采用几何平烟气中颗粒的大小可用颗粒平均直径表示，通常采用几何平均直径均直径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 niiignNdNd1loglog2/112logloglogniig
17、nigNNdd燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系17 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v LambertLambertBeerBeer定律：定律：v K 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：KLIIexp0smMKK IIDolog3.23.2smLMKLKD燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系18v 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
18、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在单位体积的烟箱内，单位光路长度的光密度 3.23.2KMKLDDsmLAVDALVDDLs燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系197.77.7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
19、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。燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全
20、与消防工程系20v 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 若将若将0 01.22kg/m1.22kg/m3 3，T T0 0290K290K，T Tf f1100K1100K等数值代入上式，等数值代入上式，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 v s 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 2/102/30/096.0ffTgTYPM2/3188.0MYPfssMV2732930Ts燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系21烟气层的体积表示为烟气层的体积表示为dtdYAdtdVV YHAVsssAHY燃烧学燃烧学-第七章第七章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系222/3188.0MYPfssMVsdtdYAdtdMVV ss2/3188.0YPdtdYAfsdYYPAdtfs2/3188.0dYYPAdtfsYHt2/30188.02/12/12/11120HYgPAtf
