燃烧学-第7章资料课件

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1中国矿业大学能源学院安全与消防工程系第7章室内火灾

7.1室内火灾概述室内火灾是一种受限空间内的燃烧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第7章室内火灾

7.1室内火灾概述热烟气区间歇火焰区连续顶棚射流RHQ3中国矿业大学能源学院安全与消防工程系顶棚射流RHQ3中国矿业大学能源学院安全与消防工程系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（1）初期增长阶段：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；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（2）充分发展阶段：从轰燃算起室内的燃烧强度仍在增加；释热速率逐渐达到最大值；室内温度可超过1000℃；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；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；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（2）充分发展阶段：6中国矿业大学能源学院安全与消防工程系（3）衰减阶段：从室内平均温度降到其峰值的80％时算起。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；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。7中国矿业大学能源学院安全与消防工程系（3）衰减阶段：7中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.2室内受限燃烧的特点

7.2.1通风因子燃烧速率（可燃物的质量损失速率表示）与参数大致成线性关系通风因子与燃烧速率的关系式7.2.2室内燃烧的控制形式燃料控制燃烧燃烧速率由可燃物的性质决定常出现在室内火灾初期通风控制燃烧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8中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.2室内受限燃烧的特点

7.2.1通风因子8中国矿业大学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，燃烧速率便迅速增大，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辐射热增加，引起室内平均温度的降低，并引起燃烧速率的降低。通风口大小燃烧速率9中国矿业大学能源学院安全与消防工程系通风口大小燃烧速率9中国矿业大学能源学院安全与消防工程系通风口位置高度h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，燃烧速率出现了上升－下降－回升的变化规律。通风口位置高度h燃烧速率10中国矿业大学能源学院安全与消防工程系通风口位置高度h对燃烧速率的影响通风口位置高度h燃烧速率10当通风口很低时，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。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，燃烧速率不断增大。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日趋明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。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，室内的燃烧速率将达到最大值。11中国矿业大学能源学院安全与消防工程系当通风口很低时，室内形成的烟气层很厚，它可将部分火焰浸没，从轰燃（FLASHOVER)发生的判据地板平面处至少要接收到20kW/m2的热通量可燃物的燃烧速率要达到40g/s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轰燃（FLASHOVER)发生的判据地板平面处至少要接收到2火灾的蔓延火区由已燃物向邻近物体的蔓延方式如果它们间距离较近或者方位合适，火焰就有可能直接触及到邻近物体的壁面并将其点燃；火焰便靠辐射传热方式向外扩展，这往往是初期室内火灾蔓延的主要形式。13中国矿业大学能源学院安全与消防工程系火灾的蔓延火区由已燃物向邻近物体的蔓延方式13中国矿业大学能火区由起火房间向外的蔓延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,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，从起火房间喷出的火焰和高温烟气，也能把火蔓延到较远的房间或区域。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挑檐或加大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、墙壁的关系和缝隙、闷顶等也是火灾蔓延的主要途经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，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火区由起火房间向外的蔓延14中国矿业大学能源学院安全与消防工7.5火灾烟气特征及其危害

7.5.1.烟气的产生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烟气主要由三种类型的物质组成：（1）气相燃烧产物；（2）未燃烧的气态可燃物；（3）未完全燃烧的液、固相分解物质和冷凝物微小颗粒。无焰燃烧(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df0约为1um，并可慢慢沉淀在物体表面形成油污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。15中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.5火灾烟气特征及其危害

7.5.1.烟气的产生15中国矿7.5.2火灾烟气特征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，如烟尘颗粒的大小及其粒径分布、烟气的浓度、烟气光密度和火场的能见度等。7.5.2.1.烟尘颗粒的大小及其粒径分布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dgn表示颗粒的平均直径，其定义为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7.5.2火灾烟气特征不同的可燃物在不同火灾条件下产生的烟气7.5.2.2烟气的浓度和烟气光密度Lambert－Beer定律：K为消光系数烟气浓度通常用光密度（或光学密度）D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7.5.2.2烟气的浓度和烟气光密度17中国矿业大学能源学院将单位平均光路上得光密度DL作为描述烟气浓度的基本参数，即比光密度（烟密度）DS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18中国矿业大学能源学院安全与消防工程系将单位平均光路上得光密度DL作为描述烟气浓度的基本参数，即7.7烟气的生成速率

烟气控制两种途经：即挡烟（防烟）和排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，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。19中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.7烟气的生成速率

烟气控制19中国矿业大学能源学院安全空气的质量卷吸速率可用下式来表示若将ρ0＝1.22kg/m3，T0＝290K，Tf＝1100K等数值代入上式，得烟气生成速率也可用体积速率来表示，即ρs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空气的质量卷吸速率可用下式来表示20中国矿业大学能源学院安全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22中国矿业大学能源学院安全与消防工程系22中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学

燃烧学23中国矿业大学能源学院安全与消防工程系燃烧学燃烧学1中国矿业大学能源学院安全与消防工程系第7章室内火灾

7.1室内火灾概述室内火灾是一种受限空间内的燃烧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24中国矿业大学能源学院安全与消防工程系第7章室内火灾

7.1室内火灾概述热烟气区间歇火焰区连续顶棚射流RHQ25中国矿业大学能源学院安全与消防工程系顶棚射流RHQ3中国矿业大学能源学院安全与消防工程系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26中国矿业大学能源学院安全与消防工程系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（1）初期增长阶段：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；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。室内火灾可分为三大阶段27中国矿业大学能源学院安全与消防工程系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（2）充分发展阶段：从轰燃算起室内的燃烧强度仍在增加；释热速率逐渐达到最大值；室内温度可超过1000℃；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；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；是火灾中最危险的阶段。28中国矿业大学能源学院安全与消防工程系（2）充分发展阶段：6中国矿业大学能源学院安全与消防工程系（3）衰减阶段：从室内平均温度降到其峰值的80％时算起。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；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。29中国矿业大学能源学院安全与消防工程系（3）衰减阶段：7中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.2室内受限燃烧的特点

7.2.1通风因子燃烧速率（可燃物的质量损失速率表示）与参数大致成线性关系通风因子与燃烧速率的关系式7.2.2室内燃烧的控制形式燃料控制燃烧燃烧速率由可燃物的性质决定常出现在室内火灾初期通风控制燃烧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30中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.2室内受限燃烧的特点

7.2.1通风因子8中国矿业大学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，燃烧速率便迅速增大，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辐射热增加，引起室内平均温度的降低，并引起燃烧速率的降低。通风口大小燃烧速率31中国矿业大学能源学院安全与消防工程系通风口大小燃烧速率9中国矿业大学能源学院安全与消防工程系通风口位置高度h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，燃烧速率出现了上升－下降－回升的变化规律。通风口位置高度h燃烧速率32中国矿业大学能源学院安全与消防工程系通风口位置高度h对燃烧速率的影响通风口位置高度h燃烧速率10当通风口很低时，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。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，燃烧速率不断增大。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日趋明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。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，室内的燃烧速率将达到最大值。33中国矿业大学能源学院安全与消防工程系当通风口很低时，室内形成的烟气层很厚，它可将部分火焰浸没，从轰燃（FLASHOVER)发生的判据地板平面处至少要接收到20kW/m2的热通量可燃物的燃烧速率要达到40g/s顶棚烟气温度接近600℃。34中国矿业大学能源学院安全与消防工程系轰燃（FLASHOVER)发生的判据地板平面处至少要接收到2火灾的蔓延火区由已燃物向邻近物体的蔓延方式如果它们间距离较近或者方位合适，火焰就有可能直接触及到邻近物体的壁面并将其点燃；火焰便靠辐射传热方式向外扩展，这往往是初期室内火灾蔓延的主要形式。35中国矿业大学能源学院安全与消防工程系火灾的蔓延火区由已燃物向邻近物体的蔓延方式13中国矿业大学能火区由起火房间向外的蔓延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,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，从起火房间喷出的火焰和高温烟气，也能把火蔓延到较远的房间或区域。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挑檐或加大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、墙壁的关系和缝隙、闷顶等也是火灾蔓延的主要途经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，主要是为了避免热辐射对相邻建筑的威胁。36中国矿业大学能源学院安全与消防工程系火区由起火房间向外的蔓延14中国矿业大学能源学院安全与消防工7.5火灾烟气特征及其危害

7.5.1.烟气的产生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烟气主要由三种类型的物质组成：（1）气相燃烧产物；（2）未燃烧的气态可燃物；（3）未完全燃烧的液、固相分解物质和冷凝物微小颗粒。无焰燃烧(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df0约为1um，并可慢慢沉淀在物体表面形成油污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。37中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.5火灾烟气特征及其危害

7.5.1.烟气的产生15中国矿7.5.2火灾烟气特征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，如烟尘颗粒的大小及其粒径分布、烟气的浓度、烟气光密度和火场的能见度等。7.5.2.1.烟尘颗粒的大小及其粒径分布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dgn表示颗粒的平均直径，其定义为采用标准差来表示颗粒尺寸分布范围内的宽度，即38中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7.5.2火灾烟气特征不同的可燃物在不同火灾条件下产生的烟气7.5.2.2烟气的浓度和烟气光密度