室内轰燃时间的试验

室内轰燃时间的试验研究【摘要】本文首先分析了轰燃的几个基本问题；然后根据大量的小规模室内火灾试验数据，研究了内衬材料的热惯性、通风因子和燃料面积等因素对轰燃时间的影响；最后对试验研究结果在实际消防工作中的应用进行了初步探讨。【关键词】室内火灾轰燃时间内衬材料热惯性通风因子燃料面积1引言近些年来，我国频繁发生造成群死群伤和重大财产损失的恶性特大火灾，如焦作天堂音像俱乐部火灾，唐山林西百货大楼火灾，洛阳东都商厦火灾，哈尔滨天潭饭店火灾，青岛正大有限公司火灾等等。轰燃是造成这些火灾后果如此严重的重要原因。轰燃是室内火灾发展到一定程度时出现的一种特殊燃烧现象。一旦发生轰燃，室内可燃物表面在短时间内都开始燃烧，火焰和热烟气瞬间充满整个房间，并迅速向邻近的房间或建筑物蔓延，使发生火灾的建筑物即刻成为一片火海。被困人员的逃生、贵重物品的转移以及火灾的扑救工作将变得十分困难。因此，防止室内轰燃的发生，研究其发生条件、控制因素，掌握其预测方法，显得十分重要和必要。室内火灾从着火开始到轰燃发生是需要一定时间的，而轰燃时间受很多因素影响。研究内衬材料的热惯性、通风因子、燃料面积等重要因素对轰燃时间的影响，在此基础上，确定各种条件下的轰燃时间，对预防与控制轰燃的有着极其重要的意义。本文根据大量的小规模室内火灾的试验结果，旨在室内轰燃时间的研究方面作些努力。2轰燃的基本问题2.1轰燃的本质室内火灾发展过程一般分为三个阶段：初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。在前两个阶段之间，有一个温度急剧上升的狭窄区，通常称为它为轰燃区[1]，如图1所示。温度温度轰燃轰燃充分发展的火灾充分发展的火灾衰减阶段点燃衰减阶段点燃增长阶段增长阶段时间图1室内火灾发展阶段Fig.1Stagesinanenclosurefire志室内火灾在发奏展过程中，室嫩内处于一种热点力不稳定状态服。在室内火灾月燃烧由初期燃膊料控制状态向激通风控制状态冬转变过程中，帜由于室内顶棚瓶下方聚积的未益燃气体或蒸气酱突然着火，会拘造成火焰在室数内迅速扩展，梦热烟气层的温纽度迅速升高，摩这就是轰燃。瓜因此，从本质歇上讲，轰燃是旨在室内火灾发指展过程中出现灌的一种非线性孔或非稳定的热扎动力学过程。均2.2张臭轰燃的判据示人们在长期对研特定尺寸房间怒的火灾实验中款研究发现，燃崭烧速率必须超吗过某一极限值傻并且维持一段腔时间才会发生裙轰燃，而用极耳限热释放率表陈示轰燃似乎更乔符合逻辑，这梢是同托马斯指陡出的轰燃是一圣种热力不稳定统状态的认识相源符等[1]灰。但迄今为止煌，广为人们接兼受的轰燃判据酷主要包括如下吵三种：暗(捉1)除坊室内顶棚下热艳烟气层的温度母不低盈于复600沿o报C茧；搂(泛2)退男室内地板平面号处接收到的辐惜射热通量不低叶于池20k魔W分/m庙2做；誓(平3)垦丝室内火焰充满拿整个顶棚，并住从通风口喷出淘。注本文在试验研艰究过程中，也桥将采用这些判尘据。除了利用取这些判据研究除分析室内轰燃垫的某些问题外雨，还将对这些拢判据的同步性猜问题进行研究弱，以确定在某异一特定的室内鼓火灾中，应当厨采用哪个判据读来判定轰燃发津生更为合适。愈2.惹3挖轰燃的危害梳在室内火灾中病，一旦条件具河备，就会在瞬琴间发生轰燃。柿许多还未来得幸及逃生的火场摄人员，就会被突突如其来的火敲灾变化所困，扶这就是有些恶中性特大火灾虽凉然时间很短，吊但却造成严重己群死群伤的重霸要原因。例如裹哈尔滨天潭饭材店，虽然火灾朗前后不到半小茫时，却造成了自33奖人死亡走，哄1已0胶受伤的人间惨篇剧。惯轰燃发生后，往房间内一切可轮燃物表面都开身始燃烧，室内马温度继续上升诉，热烟气层厚疯度增加。此时滋，房间内大量造氧气与可燃物碗发生反应，在盾很短时间内，绞导致房间内氧算浓度迅速下降群，造成火场缺蚁氧。加之火场投内上千度的高既温及热烟气的侵熏烤，此时被闭困人员在火场洲中生存的可能挤性几乎为零。泽在这种火场条叼件下，消防队未进入火场开展投救援行动是不屯太现实的。因杰而，在大多数捉情况下，消防许队会选择在火音灾发生的初期弃和衰减阶段进奴入火场，而很宽少选择在火灾雨全面发展阶交段摆(责即轰燃发生守后吐)均进入火场。佩轰燃的发生，印还会导致着火唐房间的火焰通旁过通风口向外午喷出，将火势延蔓延至其他楼许层和邻近的房颤间，造成火灾继的立体发展，享严重危及房间写内或其他楼层循中被困人员与级贵重物品的安固全。如果出现刃这样情况，就蚀会使火场由小忠变大，大大增中加了人员逃生畅和扑救工作开悟展的难度。匆3房迎试验结果截3.1学特实验系统简介徐室内火灾试验质是伸在咐S阅N笋HZ-0守1讯实验系统内进柄行的。该系统穴主要由火灾实辅验箱、多路火动灾信号检测仪妈、贝EP-5劣0吃打印机次、殖BX3200宾H距电子天平、上第位机等五部分踪组成，如图夕2化所示方[2]国。孤图伸2坚SNHZ-0胃1才实验系统示意帐图炕Fig茅.薄2Sc继hemati岁cdiag智ramof仿SNHZ-妖01exp请erimen恩talsy撒stem叉火灾实验箱内蛾部尺寸为季0.6m彼长、旱0冶.扮34m组宽和妨0词.恒36m筋。在其一侧墙恢上由一通风口驻，高为阴0船.弊225m诵，宽度在米0睁.砍05m-0直.衰285森内变化。有梦5铜种内衬材料社，却4皇种通风因子站和纹4逝种燃料面积可秃供选择。实验粮过程中，时间峰的测定采用仪俘器测量和肉眼腰观察相结合的糕方法。舞3俱.鲜2粱渗典主要试验结果午试验总共测定赴了畅30朵种情况下的轰改燃有关时间。全这办3搞0屿种情况是由内谷衬材料的热惯走性、通风因子傍和燃料面积的负不同组合得出金的。有关结果秤列于飘表劲1偷中。门表千1古杯轰燃有关时间之的测定结果俱Table闲1Tes踪tedre穴sults玩ofrel蛋evant泽times青offla尝shover作试验条件召轰燃有关时间劣(良s)瓶燃料面积什(伶m孩2拔)箩通风因子鸡(民m常5/2摩)搏热惯性杜(绳K虎J盾2省/m可4荒.宁s签.厌K疮4瘦)荷t婶1听t但2杆t戚3驼t猴4摔0.032绵0.03秀0.02谋294伶467跳472况470爹0.11松501叼798帜774芒817女0.16到366毕1321曾1368江-纵0.29深254色933宇960腔1019唐0.41维372稠-另-赏-掩0.016植0.02桑475坐1090是1131汽1149照0.11察253创678你490往534徐0.16克253各933垫970存1260视0.29糠301衰1056址1051泳1201垮0.41驾282幻1082股1141峡-烟0.01旷0.02仗-老-竿442龄481多0.11田222监772强534宴590储0.16触237窝1116光1127注-燕0.29捕626短-探1509亭-亏0.41渠40黄1161抖946搂-员0.023睬0.016受0.02呈280贤460秘454错470穗0.11病217胳794肆775月806超0.16脉674革-吊1693壶-晌0.29显220晌834册-最-术0.41于189竖594献1006我1057辆0.01懂0.02烘306侵606闸582溜620盘0.11倦177阿677雪829国1118秒0.16分254演-殿1477欢-饺254绑1133嗽1189喘-层0.41励134和1245孟1108劣-攻0.016健0.01难0.02标234喘834采780裁814秒0.11忠216齐1144习1093翼1210亚0.16茧183因-介-躲-曲0.29挥286坊-必-限-宰0.41讽134原-勇-挺-医注：碰t纸1讯：从点火开始很到火焰首次抵宜达天花板的时慰间；诊t咽2证：从点火开始圈到火焰蔓延至搬整个天花板的判时间；蔑t感3努：从点火开始士到热烟气层温登度达挽到买600抽o肺C有的时间；樱t赤4卸：从点火开始圾到地板平面辐传射热通量达买到哥20k场W蚂/m跑2改的时间。喜3今.腊3刮婶有关分析远由表瓣1叫可以直观看出锤，轰燃发生的尺时间明显地受鼓到内衬材料热隙惯性、通风因腾子、燃料面积锤三个因素的影否响。漂轰燃发生的时透间（话即淡|槐t羊3械-t英1请|扯）与室内内衬斗材料的热惯性陕基本上成同步兽上升关系。在洗通风因子和燃某料面积固定的宾情况下，随着上热惯性的增加毛，更|续t张3店-t怖1浴|亏也增加，型而云|鞠t扔3村-t幅2谋|湾，络|吸t余4效-t礼3藏|略则变化不大。汤这主要是因为嫁，内衬材料的写热惯性较大，渣吸热的热量较堤多，相反通过缩热烟气层反馈也给燃料表面的眯热量较少，燃视烧速率较低，浙热烟气层升温汁速率较慢，从残而推迟了轰燃妄的发生。磨与热惯性的影立响不同的是，撑在通风因子或哄燃料面积对轰姑燃时间的影响峰中，出现了高铲低起伏的非线询性趋势。经过边分析，这是由翠于这两种因素获对轰燃时间的描影响受到室内经火灾燃烧控制档状态（即通风睡控制还是燃料诸控制）的作用姓。对此，下一凭部分将作详细经研究。猪t颜2透，顶t遇3挠和阅t榨4崇三个时间是判余断轰燃发生的脱三个主要判据飘所对应的时间最。这里，可认察为火焰蔓延至哪整个天花板的价时间鼓t义2归就是火焰开始页通过通风口向凭外喷出的时间锋。从表肢1雷可以看出，他柏们之间的差值跑不大。虽然由束于试验本身的秃不稳定性，造换成个别时间差窗值过大的情况宋出现，但是多竟数时间差处赶于逗0~袭150s注范围内。这说御明三种轰燃判笋据的同步性比奥较好。光4隙张轰燃时间影响卡因素研究链本部分结合小滔规模室内火灾潜试验结果对上捏述结论做进一袍步研究。在以仆下的研究中，族主要采用了顶告棚温度超过臭600罪o控C丈这一轰燃发生寒的判据。川4俱.暑1颈箩悦内衬材料热惯绵性针图夺3工描述了两组通量风因子和燃料积面积的条件下害，轰燃时间与臣内衬材料热惯云性的关系。灵两种情况下，帅回归直线方程详分别为：(1)(2)覆式中，宫，绢和态分别为内衬材父料的导热系数报，骤kW/m.救o旬C予，密度，跌kg/m传3义，和比热，鉴kJ/kg.材o温C欧图患3刑|愉t推3忘-t燕1仁|踩随内衬材料热绕惯性的变化刃Fig蜡．倦3Ch戚angeo朽f侵|惜t端3谁-t而1角|速with倦therma哪liner丝tiaof倡linin央gmate龙rials税从两图和两方附程中可以看出惯，随着热惯性享增加，轰燃发岁生的时间延长已。但在不同的议通风因子和燃所料面积条件下词，轰燃时间随热热惯性的这种凡变化幅度不同针。第二种情况歉下的变化幅度环明显地大于第兄一种情况下的蛙变化幅度。绳这一试验结果窄与上述理论分犹析的结果比较摘吻合。因此，胡如果其他条件筐固定，内衬材心料的热惯性越歇大，室内越不穿容易发生轰燃厉；而通风因子柳和燃料面积等峰其他条件对热盆惯性的这种影恭响效果有一定姥影响。对此，衡本文不做深入盒研究。场图鸡4衫描述了在各种轿通风因子和燃孩料面积条件下胜，琴|乖t暗4晕-t绒3牌|辩随内衬材料热凯惯性的变化。拖图中结果表明见，趣|曲t校4落-t描3组|换随热惯性变化周的趋势不明显果。这说明两种慌判据的同步性战受到内衬材料谦热惯性的影响堪不大。图中，题所径有饱|盯t爱4迅-t贸3码|功都处于假0沫~菜120s拴范围内，而且羊多数情况删下鞠|私t思4坚-t污3突|缺集中于焰0~50s轨范围内。因此比，在不同的热舱惯性条件下，拖两种判据的同惩步性较好。琴图宿4戚毙滩内衬材料热惯部性搂对矿|董t润4茧-t淡3辈|籍的影响续Fig汪．箱4Eff叶ectof底therm旦aline落rtiao湾flini陕ngmat烦erials焰on许|忍t老4捡-t惩3境|糕图锹5甲描述了在各种按通风因子和燃线料面积条件下舰，师|明t筐3住-t金2换|弱随内衬材料热誓惯性的变化。购从图中可以发非现评，对|出t盼3邀-t著2摄|贼的数据点托比誉|德t慕4枪-原t雕3伸|完更为集中。因检此，可以认为富，在不同的热糟惯性条件下，堆这两种判据之妖间的同步性比谷前两种的同步薄性要好。角图芦5紫嘱内衬材料热惯路性睛对贸|纸t连3扯-t乏2湖|锡的影响显Fig或．搁5Eff糕ectof辜therm笼aline置rtiao笼flini无ngmat膊erials徐on直|凡t则3蒙-t沉2纳|止综合分析根据辱图倾4遇和什5鼓中的结果，可气以得出：从总忆体上讲，在不慎同的热惯性条示件下，三种判唐据所对应时间句相互之间的差累值大致都在一膜分钟以内，说姜明三种判据的通同步性较好。款4鼓.公2恨通风因子兆图矛7鹊描述了不同内乌衬材料热惯性尿和燃料面积的情条件下，轰燃玻时间与通风因床子的关系。局研究结果表明希，轰燃时间与间通风因子的关炕系受到室内火浇灾燃烧控制状粗态（即燃料控苹制状态还是通要风控制状态）侮的影响。烛室内火灾燃烧找控制状态由下艳式判断：[3](3)躲式中，搜为环境空气的启密度，踩kg/m听3喇；捡和愿分别为通风口遮的面积，坚m排2怀，和高度，犯m花；脆是燃料表面面葬积，还m迅2枝对有机玻璃燃饲料而言，如果脉，室内火灾燃召烧处于通风控蛇制状态；如果顿，室内火灾燃炎烧处于燃料控煎制状态；如果差，室内火灾处来于过渡燃烧状悟态。烂图胡6骂|尤t额3级-t游1赞|麻随通风因子的抵变化蹄Fig叠.陷6Cha矩ngeof反戒|踪t舒3放-t投1焦|错with叉ventil脑ation伪factor秋图冬6抵结果表明，在隐各种内衬材料后热惯性和燃料钳面积的条件下笨，通风因子较册小时，室内火近灾处于通风控蔬制燃烧状态。毅而当通风因子绿较大时，室内滑火灾处于燃料爬控制燃烧状态涌，样A呢=0.016隔m溪2场为过渡线。私燃料控制状态喊的数据点比较棕集中于图形的愚右上方，而通零风控制状态的动数据点则主要闯集中于图形的甘左下方，且两且种控制状态之楚间有比较明显甘的分界区。在队两种控制状态湿的分界区划直快线，则燃烧控米制状态点集中院于直线上方，穷通风控制状态纳点集中于直线佩下方，根3已个过渡点分别律位于直线两边氧。臭图贩7怕逝会通风因子沃对仍|叔t写4张-t影3雾|蔽的影响缴Fig恢．席7豆Effe异ctof腰ventil百ation显factor递on就|败t状4蹈-t作3筹|凭图院7悬描述了不同内斩衬材料热惯性银和燃料面积情烧况下，办的筑|是t巧4婶-t辨3辜|棉与通风因子的吊关系。图中结墨果表明：从总胖体上讲，在不破同的通风因子存条件下，两种赚判据的同步性米较好，但这一柏同步性好差与顺通风因子大小浸有关，即通风贱因子越大，同袖步性越好。从才图中可以看出师，观|污t山4详-t悠3半|男值多数集中筑在唱0~芽100s药的范围内疼。舱4刘.岔3素突植燃料面积队图尚8亦描述了在不同盖内衬材料热惯宣性和通风因子沫的条件下，轰战燃时间随燃料竖面积的变化情胜况。翠图容8粘|抵t砍3袖-t惨1偿|赖随燃料面积的须变化栽Fig.8命Chan炕geof史|撒t橡3列-t瞒1果|电with鱼fuela笼rea暴图中结果说明胶：在不同内衬编材料热惯性和当燃料面积的条三件下，燃料面栏积较小时，室证内火灾燃烧处坡于燃料控制状抢态。而当燃料逝面积达到一定纺程度时，着火环房间处于通风离控制。但是这茅种趋势不如通苦风因子影响轰拆燃时间明显。辱图坐9将孕陕燃料面积求对砍|拨t福4赔-t柱3摧|傻的影响拴Fig血.及9Ef帆fecto五ffuel房area服on宪|漆t球4樱-t令3量|奔图陈9币所示为不同内甜衬材料热惯性威和通风因子条疼件下挥，绳|楚t津4时-t劲3麦|拆随燃料面积的脉变化情况。图奸中结果表明：测两种轰燃判据胸之间的同步性鸡要受到燃料面景积的影响，而奸且这种影响比址热惯性和通风鸟因子的影响要碰明显一些。从颤图中可以看出读：恭|撒t旬4尺-t嚼3盆|头值多数集中坛在电0~150敲s录的范围之内笔。烈5续波福应用初探龄在上一部分种喇，笔者对内衬猾材料热惯性同弃轰燃发生时间红关系的进行了察研究，如果得顺到的结论符合泼现实情况的话异，则在室内装树修过程中，人近们应尽量采用践于热惯性高的下不可燃材料。绪那么，一旦发隶生火灾，较大护的热惯性就会电使得内衬材料筋通过热烟气层鹊向房间内辐射走的热量较少，樱从而推迟或避等免轰燃现象的拔发生，为人员闻逃生、贵重物说品转移及扑救角工作的开展创包造更多的时间上，这将大大减蜡少人员伤亡和旋财产损失。宫由通风因子和百轰燃发生时间段关系的研究中秘发现，两者的溪关系受到房间桃燃烧控制状态键的较大影响。循根据的结论，狼为了能在房间益发生火灾时，棋尽量推迟或避杏免轰燃时间的稀发生，在进行欠室内设计及装投修是应控制好售房间通风口的绩面积和高度。精但是这又与着抖火时的自然排盾烟工程的原则状相违背，因此喇，有必要在今内后对两个影响诱因数在火灾过肢程中的作用进初行研究。团通过研究，还连发现轰燃的发袄生时间还同燃牛料面积有关，世两者的关系同恢样受到房间燃愿烧控制状态的趟影响，由的结汽论，得出：在葱实际中，人们纵应尽量减少将羡可燃易燃材料浪应用于室内装翠修，如果使用施，也应该适当爽进行阻燃处理返，这同我国对甘室内装修的规延范原则是一致脉的独。蹲另外，在火灾趁现场，如果消告防队指挥员能誉事先了解着火凤房间内衬材料搁热惯性、通风夜口的大小以及沙房间内可燃物暮的多少，即可下判断消防队员浙在火场中逗留柔的大约时间，优以最大限度的佛减少队员的伤晕亡。夜在对轰燃发生新三种判据的同樱步性进行研究恐，得出：当火焰焰充满着火房今间的天花板时躺（即火焰从房照间通风口喷出奋的时刻），就雷意味着即将发尝生轰炉燃乔,训此时室内的被戚困人员和进行开扑救行动的消科防队员应尽快碎撤出着火房间双。铃6梢债狠结干园撇论毛(宪1)差内衬材料的热语惯性、通风因红子和燃料面积趴等因素对室内稳火灾轰燃发生交的时间影响较比大，而且通风路因子和燃料面何积的影响还与认室内火灾燃烧作的控制状态有浸关。荒(仙2拨)蜂室内火灾轰燃具发生的时间与予内衬材料热惯惕性成线性关蒜系蓄,亿如图市3异,艳从选定的两组步数据得到的线醋性方程过为妖:萌基蒸和挣起所以内衬材料牛的热惯性越梳大纽,蹦越不容易发生拒轰燃或者说轰转燃到来的时间煎会被推迟。珠(纵3)释室内火灾轰燃奉发生的时间与念通风因子和燃耐料面积的关系畅均受到房间燃虎烧状态的影响姑。两种状态间互存在明显的分翁界线。急(昼4)根轰燃判据的同茶步性在三种因导数影响下略有被不同，但是三骗个判据所对应宝的时间差值基争本位拥于旬0-碗100s乓之间，即差值禁在两分钟以内桶，说明这些判定据的同步性较涨好。参考文献绿[1]匪洞杜文锋惜等图.饰燃烧俊学悟.娱北京伙:漆中国人民公安剥大学出版社慕,1997经,翻37