中国科技大学火灾爆炸安全工程

1、课件下载地址6/火灾爆炸安全工程课件/烟气的性质、流动和控制内 容烟气的产生与性质烟气的遮光性烟气的流动烟气的控制 烟气的产生与性质烟气的定义可燃气热解或燃烧产生的气相产物由于卷吸而进入的空气 多种微小的固体颗粒和液滴 尘、炭烟、雾气溶胶原生粒子以固体颗粒进入气相中的物质再生粒子由气体转变为固体或液体的粒子火灾烟气是一种特殊类型的气溶胶 烟气的产生与性质烟气对人的危害烟气对人的直接危害高温烟气对人构成灼伤危险烟气的窒息作用烟气的有毒成分会造成致命危险烟气的遮光性大大降低能见度，以致严重影响人员疏散和灭火行动烟气对人的间接危害烟气使人群陷入受威胁状态，从而使人员的运动特点在火灾时产生与正常时很大

2、的区别80%左右的人死于烟气烟气的产生与性质烟颗粒的产生组分浓度梯度造成的不完全燃烧下的产物阴燃材料热解生成的挥发分,与冷空气混合，浓缩成较重的高分子组份，并形成薄雾有焰燃烧高温下脱离固体的灰分不完全燃烧和高温分解形成的气相中碳颗粒可燃挥发分高温热解生成的高分子化合物烟颗粒当中通常含有相当多的可燃组份，条件合适会继续燃烧（温度、氧浓度）烟气的产生与性质烟颗粒的产生母体可燃物的化学性质对烟气产生有重要影响低分子量的燃料基本上不产生烟气一氧化碳、甲醛、甲醇、乙醚等高分子燃料易产生烟气燃料的化学组分是决定烟气产生量的主要因素经过部分氧化的燃料发出的烟量比生成这些物质的碳氢化合物的发烟量少PMMA烟气

3、的产生与性质烟气的浓度由烟气中所含固体颗粒或液滴的多少及性质决定烟气中颗粒量的测量过滤法：烟气流过一定的滤纸或滤网后的重量 G粒子数目测量法：光子装置置于烟气通道上，利用遮光性或反光性测单位体积烟气通过的烟颗粒数目 O光学浓度表示法：确定烟气在已知容积的容器内的遮光性（光学密度）固定容积式 S流动式 D烟气的产生与性质烟气的毒性火灾烟气中都会含有有毒物体含量最大的是CO：火灾中的死亡人员约有一半是由CO中毒引起的NOX氰化氢（HCN)木材、皮革、含氮塑料、人造革等燃烧SOx、HCl等塑料制品的燃烧缺氧是气体毒性的特殊情况固体颗粒的毒害烟气的产生与性质烟气的温度100的温度下：30分钟几分钟温度

4、与极限忍受时间的关系式空气湿度增大，极限忍受时间降低衣服的透气性和隔热程度对忍受温度也有影响烟气的遮光性表示方法光通过烟气或灰尘后会发生折射、散射、反射等现象，光强减小遮光性：一定光束穿过烟场后强度的衰减光学密度：光通过烟气后透射率倒数的常用对数烟气的遮光性烟气遮光性的几种表示方法烟气的光学密度 ： D = lg(I0/I) = -lg(I/I0)单位：贝尔（bel)，单位较大分贝(db)：贝尔的1/10, OD = -10 lg(I/I0)单位长度光学密度 ：D0 = -lg(I/I0)/L 减光系数： Kc = ln(I/I0)/L= 2.303D0烟的百分遮光度： B = (I0I)/I

5、0 100%光学密度和遮光度的关系：D= -lg(1-B/100)烟气的遮光性烟气的遮光性和人的能见度能见度的概念：人在一定环境下能看到的最远距离，具有一定的主观标志。人员疏散的一个重要影响因素，决定人员是否有危险影响烟气能见度的因素：烟气本身的性质：颜色、浓度、颗粒大小、刺激性等目标物的性质：颜色、尺寸、光照条件、发射光还是反射光等背景人员本身的身体和精神状态、视力情况烟气的遮光性烟气的遮光性和人的能见度能见度与减光系数和单位光学密度的关系 V = R/Kc= R/2.303D金实验白烟减光系数较小发光标志：R取510反光标志：R取24有反射光存在的建筑物： R取24 巴切尔、帕乃尔自发光标

6、志可见度 比反光标志的大2.5倍 发光标志的能见度与减光系数的关系500cd/m2 白烟2000cd/m2 黑烟500cd/m2 黑烟2000cd/m2 白烟 0.4 0.5 0.7 1 1.5 2201510 7能见度V(m)减光系数 Kc (1/m) V=8烟气的遮光性刺激性气体对能见度的影响刺激性气体对眼睛构成危害，人无法睁眼在刺激性气体中能见度和减光系数间的关系不适用在刺激性与非刺激性气体中人的能见度能见度 V(m)减光系数 Kc (1/m)0.20.30.50.711.5232357102030刺激性烟气非刺激性烟气经验方程V=6烟气的遮光性刺激性气体对能见度的影响可大大降低人的行走

7、速度减光系数为0.4时，刺激性气体中行走速度为非刺激性中的70%减光系数大于0.5时，刺激性气体中行走相当于盲人对刺激性烟气，金(Jin)给出能见度经验公式 V（0.133-1.47logKc)R/Kc对烟气浓度的研究 广泛应用于火灾探测在刺激性与非刺激性烟气体中人的行走速度非刺激性烟气刺激性烟气减光系数 Kc (1/m)0.2行走速度 (m/s)0.40.60.81.01.2000.50.31.01.5盲人的行走速度烟气的遮光性材料的发烟性能测试材料的发烟性能不是材料的固有性质，与火灾环境有关但它建立了一种可评价材料发烟性的方法，仍得到广泛应用不同测试方法的设计略有差别，但光学密度的测量都是

8、将烟气收集到固定的容器中进行的名称场合类型参考Rohm-Haas XP2FOSASTM, 1977NBS试验ROSASTM, 1979Arapahoe试验FGASTM, 1982Steiner隧道法FODASTM, 1981(a)辐射板试验RODASTM, 1981(b)OSU量热计RODASTM, 1980(b)ISO烟箱ROSISO, 1980烟气的遮光性材料的发烟性能测试大多方法都是NBS烟箱法的改进型和衍生型常用的NBS烟箱法 实验材料：75cm2 热源：竖直上方2.5W/cm2的固定热源 下方6个小火焰组成的有焰燃烧阵 结果：装置内试样光学密度的最大值 Dm = D0(V/As)只考

9、虑了试样的暴露面积，没考虑试样的厚度再现性和重复性好，误差在25间浮动烟气的遮光性材料的发烟性能测试拉斯巴希法：烟收集在13m3的容器中引入发烟势的概念：烟气生成的最大可能性 Dp = D0 (V/W1)考虑了可燃组份质量的影响根据质量损失和容器大小，可求出光学密度房间总烟载荷 烟气的遮光性可燃固体处在烟囱结构中发出的烟很少实验炉中产生的烟较多 一些问题具体建筑物应当按什么值来选择材料通风和轰燃对发烟量的影响发烟速率和发烟势的联系导向火焰研究可燃固体自由燃烧时发烟性能的装置烟气的流动烟气的有效流通面积烟气流动的驱动力中性面位置的计算中性面以上楼层内的烟气浓度烟气的流动有效流通面积某种流体在一定

10、压差下流过系统的总的当量流通面积存在并联流动、串联流动、混联流动有效流通面积的计算并联流动：每个出口的压差P都相同，总流量QT 为各出口流量之和 QT = Q1+Q2+Q3 Q = CA (2P/)1/2 加压空间Q1AQA2A3Q3Q2A1并联出口烟气的流动有效流通面积的计算串联流动每个出口的体积流率相同总压差 为各压差之和 PT = P1+P2+P3 加压空间Q1AQA2A3Q3Q2A1烟气的流动有效流通面积的计算混联流动：既有并联，又有串联并联：A2和A3， A4和A5串联：A23e、A45e与A1串联 A3A2Q3Q2Q1Q4A5Q5QA加压空间A4A1混联出口 烟气的流动温度与流通系

11、数变化的影响并联：串联：烟气的流动流动的驱动力烟囱效应 内外温差密度差压力差底部开口 正烟囱效应：内部温度高 负烟囱效应：外部温度高 烟气的流动烟囱效应上下双开口形成流动：正向上，负向下存在中性面，约在竖井中部，取决于上下口面积正烟囱效应中性面之下：中性面中上：假定理想气体烟气的流动烟囱效应实际中，气体流动竖井楼层外界对任意一楼层，其有效流动面积为：通过该层的质量流率为：对于串联路径，有从而得到竖井与建筑内部房间之间的压差： 烟气的流动烟囱效应通常，比值Asi/Ai0在1.7到7之间，表明竖井与建筑物内部房间之间的压差比竖井与外界之间的压差小得多。 若着火楼层有较多窗口被烧破，Ai0变大，比值

12、Asi/Ai0将变小，以致Psi接近于Pso，即竖井与该层房间的压差几乎等于竖井与外界的压差。楼层高度的影响。中性面以下发生火灾，烟气一般不会进入中性面以下楼层，而容易进入中性面以上楼层。中性面以上由正烟囱效应产生的空气流动可限制烟气的流动，空气从竖井流进着火层能够阻止烟气流进竖井。 烟气的流动烟囱效应建筑物中正烟囱效应引起的烟气流动(a)(b)(c)着火层着火层中性面中性面着火层烟气的流动烟气的浮力与膨胀力密度差引起的房间与外界环境的压差着火房间温度恒定时：当外界压力为标准大气压时，有 烟气的流动烟气的浮力与膨胀力压差与燃烧状况的关系烟气流出与空气流入的体积流量之比烟气的流动风的影响风压的产

13、生及影响因素压力差的大小与风速的平方成正比 使用空气温度表述，上式可写为风压系数Cw： -0.8+0.8, 与建筑物的几何形状、当地的挡风情况、墙壁与风向之间的风向角有关烟气的流动风的影响建筑物的高宽比建筑物的长宽比 风向角( ) 不同墙壁上的风压系数正面 背面 侧面 侧面090 090+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 -0.1090 090+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.

14、7 -0.1090 090+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烟气的流动风的影响由风引起的建筑物两个侧面的压差为：风压影响自然排烟风速与高度的关系：n：无量纲风速指数平坦区（野外）：0.16不平坦区（村镇）：0.28很不平坦区（市区）：0.40烟气的流动不同地形下的风速分布情况烟气的流动机械通风系统造成的压差管道本身通风或烟囱效应管道相通，容易传播烟气风机启动时压差较大防范措施关闭引风机，切断联系关闭风道，安装防火阀特殊设计控制烟气流动通风系统作为排烟设施？烟气的流动电梯的活

15、塞效应活塞效应：前部压缩气体，后部抽引气体火灾中电梯的使用存在争议电梯上方与外界环境的压差烟气的流动电梯的活塞效应流通通道：电梯井 门厅 房间 室外有效流通面积：Ae=(Ars-2+Air-2+Aoi-2)-1/2门厅与建筑物内部房间之间的压差压差不能超过下述值适用于通风口关闭的电梯井单井大于多井烟气的流动中性面位置连续开缝的竖井 烟气的流动中性面位置上下双开口的竖井烟气的流动连续开缝和一个上开口的竖井流出竖井的质量是由连续开缝流出的质量与由开口流出的质量之和。根据竖井内的质量连续方程，流出的质量应 等于流入的质量。 当Av0：中性面以上楼层内的烟气浓度假设：烟气质量流率稳定；楼层之间没有缝隙

16、；外界温度低于竖井内温度。质量流率： 烟囱效应造成的压差：污染物的质量守恒方程： 污染物浓度：烟气的流动烟气的控制烟气控制 所有可以单独或组合起来以减轻或消除烟气危害的方法。控制烟气的途径挡烟将烟气阻挡在某些限定区域排烟通过对人和物没有危害的渠道导出烟气自然排烟机械排烟大规模建筑，烟气控制是几种方法的结合 烟气的控制烟气控制的基本方式防烟分隔防烟分隔的物体：墙壁、隔板、楼板等防烟阻体挡烟主要是在建筑物内形成一定大小的防烟分区防烟阻体材料必须具有一定的耐火性能 跨越防烟分区的活动，则必须设置活动的门或窗帘 分隔物存在一定的烟气泄漏烟气泄漏的一阶近似：开口流动方程烟气的控制烟气控制的基本方式防烟分

17、区：让烟被限制在一个分区内，再利用该区独立的排烟系统将烟排出，达到烟控制的目的。防烟分区的划分方法平面分区：楼地板面积较大的使用空间，大多与防烟垂壁相配合。分区原则可分为以楼地板面积，及以距排烟口长度来划分。 垂直分区：电梯竖井、楼梯间或其它管道井等，用防火墙及防火门作分区，以防止烟流入竖井中并经由竖井向其它楼层蔓延。层间分区：楼层为基础，所构成之天花板和楼地板间的分区。 烟气的控制烟气控制的基本方式防烟分区的面积计算走道内有排烟，房间内没有 门为防火门：只按走道面积划分 门不是防火门：房间和走道面积都算房间内有排烟，走道内没有 门为防火门：只按房间面积划分 门不是防火门：房间和走道面积都算烟

18、气的控制烟气控制的基本方式非火源区域的烟气稀释烟气稀释可是烟气或粒子浓度控制在人可承受的程度烟气在空间的浓度分布为： 由此得到：稀释率 时间烟气的控制烟气控制的基本方式加压控制使用风机在防烟分隔物的两侧造成压差从而控制烟气流过。加压控制的两种状况利用分隔物两侧的压差控制利用平均流速足够大的空气控制设计烟控系统时，应分别考虑两种情况加压系统中应设计一种可将烟气排到外界的通道 烟气的控制烟气控制的基本方式空气流应用于铁路、公路隧道、地下铁道等的烟控Thomas给出的临界速度公式： 烟气的控制烟气控制的基本方式空气流取下游气体参数为离火源足够远区域的参数，有 系数kv约为0.0292。适用于走廊内烟

19、气流动根据火源功率可确定临界流速建筑物内一般不采用浮力用于风机驱动和自然通风系统喷淋对浮力的削弱烟气的控制空气流率与压差的计算通过缝隙的流率与压差的关系可表述为：压差可表述为：雷诺数： 为路径的特性尺寸 空气流率与压差的计算动力控制的流动Re较大时（2500-4000)： C（无量纲流通系数）一般在0.50.7 标准温度和标准大气压下的流率公式：空气流率与压差的计算粘性力控制的流动 在1001000流率与压力损失成正比其类似无限长平行板泊松（Poiseuille）流实际流动与平板泊松流存在偏差 空气流率与压差的计算指数流动方程计算公式 ： 指数方程的流通系数 n： 流通指数 内部路径的指数取0.5外部墙壁的指数取0.6或0.65空气流率与压差的计算缝隙流动的