消防工程学第03章

第三章火灾蔓延3.1气体可燃物中火灾的蔓延3.2液体可燃物中火灾的蔓延3.3固体可燃物中火灾的蔓延3.1气体可燃物中火灾蔓延层流火焰：处于层流状态的火焰因可燃混合气流速不高没有扰动，火焰表面光滑，燃烧状态平稳。火焰通过热传导和分子扩散把热量和活化中心（自由基）供给邻近的尚未燃烧的可燃混合气薄层，使火焰传播下去。湍流火焰：当可燃混合气流速较高或流通截面较大、流量增大时流体中将产生大大小小数量极多的流体涡团，作无规则的旋转和移动。在流动过程中，穿过流线前后和上下扰动。火焰表面被皱折变形，变粗变短，翻滚并发出声响。3.1气体可燃物中火灾蔓延预混气的燃烧有可能发生爆轰。发生爆轰时，其火焰传播速度非常快，一般超过音速，产生压力也非常高，对设备的破坏非常严重。爆轰波实际上是一个激波，该激波是燃烧产生的压缩波扰动形成的。只有当管路的长度足够长、直径足够大或自由空间的预混气体体积足够大，并且可燃气体浓度处于爆轰极限范围内，才能形成激波。3.2液体可燃物中火灾蔓延油雾中火灾的蔓延液面火灾的蔓延含可燃液体的固面火灾蔓延油雾中火灾的蔓延液滴群火焰传播特性与燃料性质（如分子量和挥发性）和平均粒径有关。分子量越小，挥发性越好，其火焰传播速度接近于气体火焰传播速度。例如四氢化萘液雾的火焰传播，当液滴直径小于10μm时，火焰呈蓝色连续表面，传播速度与液体蒸汽和空气的预混气体燃烧速度相类似；当液滴直径在10μm～40μm时，既有连续火焰面形成的蓝色，还夹杂着白色和黄色的发光亮点，火焰区成团块状，表明存在着单个液滴燃烧形成的扩散火焰；当液滴直径大于40μm时，火焰已不形成连续表面，而是从一颗液滴传到另一颗。液面火灾的蔓延可燃液体表面在着火之前会形成可燃蒸汽与空气的混合气体。当液体温度超过闪点时，液面上的蒸汽浓度处于爆炸浓度范围之内，这时若有点火源，火焰就会在液面上传播。当液体的温度低于闪点时，由于液面上蒸汽浓度小于爆炸浓度下限，所以，用一般的点火源是不能点燃的，也就不存在火焰的传播。但是，如果在一个大液面上，某一端有强点火源使低于闪点的液体着火，由于火焰向周围液面传递热量，使周围液面的温度有所升高，蒸发速度有所加快，这样火焰就能继续传播蔓延。由于液体温度比较低，这时的火焰传播速度比较慢。当液体温度低于闪点时，火焰蔓延速度较慢，当液体温度大于闪点后，蔓延速度急剧加快。液面/含油固面火灾的蔓延当可燃液体泄漏到地面，如土壤、沙滩上，地面就成了含有可燃物的固体表面，一旦着火燃烧就形成了含可燃液体的固面火灾。含可燃液体的固面火灾的蔓延首先与可燃液体的闪点有关，当液体初温较高，尤其大于闪点时，含可燃液体的固面火灾的蔓延速度较快。随着风速增大，含可燃液体的固面火灾的蔓延速度减小，当风速增加到某一值之后，蔓延速度急剧下降，甚至灭火。地面沙粒的直径也影响含可燃液体的固面火灾的蔓延。实验表明，随着粒径的增大，火灾蔓延速度不断减小。3.3固体可燃物中火灾蔓延固体可燃物火灾蔓延的影响因素塑料等人工合成材料火灾的蔓延薄片状固体可燃物火灾的蔓延固体可燃物中火灾蔓延的影响因素固体的熔点、热分解温度越低，其燃烧速度越快，火灾蔓延速度也越快。相同的材料在不同的外部环境条件下，火灾蔓延速度也不相同。相同的材料，在相同的外界条件下，火焰沿材料的水平方向、倾斜方向和垂直方向的传播蔓延速度也不相同。固体可燃物中火灾蔓延的影响因素固体可燃物中火灾蔓延的影响因素固体可燃物中火灾蔓延的影响因素在无风的条件下，火焰形状基本是对称的，由于火焰的上升而夹带的空气流在火焰四周也是向对称的。火焰逆着空气流的方向向四周蔓延。火焰向材料表面未燃烧区域的传热方式主要是热辐射，但在火焰根部对流换热占主导地位。在有风的条件下，火焰顺着风向倾斜。火焰和材料表面间的热辐射不再对称。在上风侧，火焰逆风流方向传播，然而，辐射角系数较小，辐射热可忽略不计，气相热传导是主要的传热方式，因此火焰传播速度非常慢，甚至不能传播。而在下风侧，火焰和材料表面间的传热主要为热辐射和对流换热，并且辐射角系数较大，因此火焰传播速度较快。由于浮力作用，火焰覆盖在材料未燃区域的表面，存在强烈的热辐射和对流换热，火焰向上传播速度较快。而向下传播的速度较慢。以塑料棒为例，分析火灾蔓延过程。图3-10表示火沿塑料棒蔓延过程示意图。其中图3-10（a）表示上端着火，并向下蔓延；（b）表示下端着火，向上蔓延。从图中可以看出，在这两种不同的条件下，火焰向塑料棒的传热情况不同，因而火灾的蔓延速度也不相同。当下端着火，向上蔓延时，因燃烧后的高温气流沿着未燃部分的表面向上升腾，存在强烈的对流换热作用。未燃部分通过对流传热从高温气体中得到较多的热量，加速了未燃部分的热解、气化，因此火的蔓延速度较快。当上端着火，火向下蔓延时，高温烟气不流经未燃部分，不存在对流换热，只能通过热辐射和塑料棒的导热传递热量，加热未燃部分，所以火的蔓延速度较慢。塑料等人工合成材料火灾的蔓延塑料等人工合成材料火灾的蔓延薄片状固体可燃物火灾的蔓延纸张、窗帘、幕布等薄片状固体一旦着火燃烧，其火灾的蔓延规律与一般固体相比有显著的特点。这是因为这种固体可燃物厚度小，面积大，热容量小，受热后升温很快。这种火的蔓延速度较快，对整个火灾过程的发展影响大，应当作为早期灭火的主要对象。特别是窗帘、幕布等可燃物，平时垂直放置。由于火灾过程的热浮力作用，火灾蔓延速度更快。