消防燃烧学（第2版）课件：燃烧基础

消

防

燃

烧

学

燃烧基础目录

contents燃烧本质和形式01燃烧条件02燃烧空气量的计算03火焰04燃烧热及燃烧温度05燃烧过程中的热量传递06火灾烟气07轰然和回燃08燃烧本质和形式01燃烧是指可燃物跟氧化剂发生的一种具有一定反应速率的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）烟气的现象。一、燃烧的概念氧化还原反应放热发光和（或）发烟一、燃烧的概念燃烧三特征：1、氧化还原反应理论2、链锁反应理论二、燃烧的本质1、质量作用定律3、请在此处添加具体内容，简单说明即可，不必繁琐。三、燃烧反应速度方程2、阿累尼乌斯公式三、燃烧反应速度方程3、影响燃烧反应速度的因素三、燃烧反应速度方程可燃物和助燃物浓度温度活化能

燃烧条件02一、燃烧的必要条件123可燃物助燃物点火源必要条件温度（引火源）可燃物（还原剂助燃物（氧化剂）二、燃烧的充分条件充分条件一定的可燃物浓度一定的助燃物浓度或含氧量一定的点火源能量未受抑制的链锁反应1234可燃物助燃物点火源自由基燃烧三、燃烧条件的应用火灾预防控制可燃物控制助燃物控制和消除点火源防止形成新的燃烧条件，阻止火势扩散蔓延三、燃烧条件的应用灭火方法隔离法窒息法冷却化学抑制燃烧空气量的计算03描述参加燃烧反应的各种物质变化过程的表达式，就叫燃烧反应方程式。１.空气中的氮氧比一、燃烧反应方程式2.燃烧反应方程式的书写步骤①写出以1mol可燃物为基准氧化方程式;②配出O2前的系数A（扣除可燃物自身含氧）;③方程式两边都应加上3.76Amol的N2。一、燃烧反应方程式

例如:一、燃烧反应方程式

二、纯净物燃烧空气量的计算

1.气态纯净物例1、试求1m3乙炔完全燃烧所需的空气量？如果在常温常压下：

二、纯净物燃烧空气量的计算2.固（液）态纯净物例2：求1Kg乙醇在常温常压下完全燃烧所需的空气量？

三、混合物燃烧空气量的计算1.气态混合物例3、试求完全燃烧1m3高炉煤气所需的空气量？已知高炉煤气的组成为：CO2—12%、CO—25%、CH4—1%、H2—2%、N2—60%。

三、混合物燃烧空气量的计算2.固（液）态混合物例4、已知木材的组成为：C-48%、H-5%、O-40%、N-2%、H2O-5%，试求1kg这样的木材在标准状况下完全燃烧所需的空气量？

四、理论空气量和实际空气量1.空气供给系数

火焰041、按物质燃烧状态不同，火焰可分为扩散火焰和预混火焰两类。一、火焰及分类扩散燃烧预混燃烧2、根据流体力学原理，按通过火焰区的气流性质，火焰可分为层流焰和湍流焰。一、火焰及分类湍流火焰层流火焰二、火焰的结构1、可燃物中氧、碳的含量三、火焰的特征显光熏烟火焰C%>60%显光不熏烟火焰C%<60%不显光火焰O%>50%2、供氧条件三、火焰的特征3、火焰中的离子成分三、火焰的特征燃烧热及燃烧温度051、燃烧热一、燃烧热和热值

2、热值

热值，是指单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧时所释放出的热量，又称发热量，通常用Q表示。1、气态纯净物热值的计算二、热值的计算

2、液（固）态纯净物热值的计算

3、热值的估算二、热值的计算对火灾中常见的可燃物进行试验发现，绝大多数物质在完全燃烧时消耗单位体积的氧气时所产生的热量是一个常数：17.1×103kJ/m3（25℃）。1、绝热燃烧温度二、燃烧温度当可燃物和空气的初始状态，即燃料/空气比及温度一定时，绝热过程燃烧产物所能达到的温度，这个温度成为绝热燃烧（火焰）温度（最理想状态，最高温度）。2、实际燃烧温度二、燃烧温度指可燃物在实际条件下燃烧的产物温度，也包括火场条件下的燃烧温度。部分可燃物的绝热燃烧温度二、燃烧温度物质名称燃烧温度物质名称燃烧温度物质名称燃烧温度甲烷1800丙酮1000钠1400乙烷1896乙醚2861石蜡1427丙烷1977原油1100一氧化碳1680丁烷1982汽油1200硫1820戊烷1977煤油700～1030二硫化碳2195己烷1965重油1000液化气2110苯2032烟煤1647天然气2020甲苯2071氢气2130石油气2120乙炔2127煤气1600～1850磷900甲醇1100木材1000～1177氨700乙醇1180镁3000二、燃烧温度影响因素可燃物种类预热温度富氧程度空气供给三、热释放速率热释放速率：单位时间内材料燃烧时所释放的热量。热释放速率越大，燃烧反馈给材料表面的热量越多，热解速度越快，可以生成更多可燃蒸汽，从而加速火焰传播。热释放速率对火灾发展起着决定性作用，它决定了燃烧时能与周围环境交换多少能量，也决定了火灾的发展速度热释放速率是表征材料火灾危险性的重要参数。燃烧过程中的热量传递06热传播方式：热传导、热对流和热辐射1、概念一、热传导连续介质直接传递热量而又没有各部分之间相对的宏观位移的一种传热方式。属于接触式传热，消防员通常会通过门把手来预判屋内温度(建议用热成像仪)2、影响因素一、热传导3、热传导与火灾一、热传导热传导及时、不间断冷却金属构建金属构件受热加热可燃物自身受热软化着火坍塌疏散、清除、隔离金属构建附近的可燃物2、分类二、热对流流体各部分之间发生的相对位移，冷热流体相互掺混引起量传递的现象。1、概念自然对流

强制对流气体对流

液体对流3、影响因素二、热对流124温度差通风空洞所处的高度3

通风空洞面积风力和风向4、热对流与火灾二、热对流火势蔓延、新的起火点

建筑物火灾排烟人为改变火灾烟气流动方向及路径设置水枪阵地布防、堵截

原油火灾

沸溢

喷溅

合理使用灭火剂排除水垫层1、概念三、热辐射辐射是物体通过电磁波传递能量的过程。如果发射的辐射能是物体内部与温度有关的内能所转化的，则称热辐射。2、特点12任何物体能辐射热量热量总是从高温物体辐射到低温物体3

不需要任何介质1、影响因素三、热辐射表面情况（粗糙度、颜色等）相对位置（角度、距离）及障碍物温度（与温度的4次方成正比）距离（与距离的平方成正比）1、热辐射与火灾三、热辐射火灾烟气07一、火灾烟气概念物质高温分解或燃烧时产生的固体小颗粒、液体微粒、气体，连同夹带混入的空气形成的气流称为火灾烟气。包括：（1）可燃物热解或燃烧产生的气相产物；（2）由于卷吸而进入的空气；（3）多种悬浮的微小固体颗粒和液滴。

大多数燃烧都会产生火灾烟气，统计结果表明，火灾中80%以上遇难者是因吸入大量烟尘及有毒气体昏迷后致死的。1、影响因素二、火灾烟气产生（1）热解或燃烧所产生的气（汽）体（2）热解或燃烧所产生的悬浮微粒三、火灾烟气成分影响因素四、火灾烟气的蔓延路线：

a着火房间→走廊→楼梯间→上部楼层→室外；b着火房间→室外；C着火房间→相邻上层房间→室外。途径:

内墙门、洞口，外墙门、窗口，房间隔墙，空心结构，闷顶，楼梯间，各种竖井管道，楼板上的孔洞及穿越楼板、墙壁的管线和缝隙等。四、火灾烟气的蔓延烟气流动速率:水平方向：火灾初期约0.1~0.3m/s，火灾中期约为0.5~0.8m/s；垂直方向：烟气的扩散流动速率大约为1~5m/s，在烟囱效应作用下可达6~8m/s。空调系统电梯活塞效应烟囱效应火风压火灾烟气蔓延的驱动力

速度3-5m/s四、火灾烟气的蔓延四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——火风压火风压是指建筑物内发生火灾时，在起火房间内，由于温度上升，气体迅速膨胀，对楼板和四壁形成的压力。假定有如图的一个建筑和竖井。竖井高H，内外温度分别为Ts和T0，内外气体的密度别为和。地板平面的大气压力为P，则在该建筑内部和外部高H处的压力分别为：四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应竖井H处内外压力差为：四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应在垂直的围护物中，由于气体对流，促使烟尘和气流向上或向下流动的效应，称为“烟囱效应”。四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应h在的高度形成压力中性面。同理，距中性面任意距离h处，竖井内外压差为：密度差越大，距离中性面越远，压力差就越大，烟囱效应越显著。四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应火场上最直观的参数为温度,用温度参数替换密度参数：..........(3)近似计算：..........(4)四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应g、P、R、M为常数，令gPM/R=Ks,则上式改写为：烟囱效应表达式

距中性面的距离越远，压力差就越大，烟囱效应越显著。管道内外温差越大，压力差也就越大，烟囱效应越显著。四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应上下开口的竖井，当内部温度比外部高时，火灾烟气就会在竖井内向上流动，这种气流上升的现象称为正烟囱效应。四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应上下开口的竖井，当内部温度比外部温度低时，火灾烟气就会在竖井内向下流动，这种气流下降的现象称为逆烟囱效应。四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应高层建筑起火，火灾烟气流动规律：高层建筑物起火，人员搜索顺序：楼层搜救顺序：着火层-着火层上一层-着火层上二层-中性面以上楼层-着火层下一层着火层搜救顺序：着火房间-着火房间两侧房间-着火房间对面房间-其他房间四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——烟囱效应四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——外界风四、火灾烟气的蔓延火灾烟气蔓延的驱动力——空调系统通风管道将促使烟气在楼内的蔓延。若风机正常工作，会加剧烟气的蔓延。1.火灾烟气具有窒息性、毒性、刺激性和腐蚀性。五、火灾烟气特性CO2CO氰化氢卤化氢氮氧化合物五、火灾烟气特性2.

火灾烟气具有高温性最高温度800℃受伤温度100℃辐射温度180℃五、火灾烟气特性3.

火灾烟气具有流动性五、火灾烟气特性4.

火灾烟气具有减光性火灾烟气浓度增加一倍，能见距离减少一半。当能见距离降到3m以下时，逃离火场就十分因难。五、火灾烟气特性5.

火灾烟气具有爆炸性六、火灾烟气对灭火救援的影响（一）火灾烟气对人员的影响

1.

火灾烟气会引起人员窒息、中毒六、火灾烟气对灭火救援的影响（一）火灾烟气对人员的影响2.火灾烟气会引起人员烫伤六、火灾烟气对灭火救援的影响（一）火灾烟气对人员的影响

3.

火灾烟气影响人员疏散及逃生行为六、火灾烟气对灭火救援的影响（二）火灾烟气对火灾扑救的影响1.

烟气在一定条件下对燃烧有阻燃作用当燃烧产物的浓度（如CO2、水蒸汽等完全燃烧产物）达到一定程度时，燃烧就会停止。据实验证明，如果空气中的CO2浓度达到30%时，大多数的固体可燃物就不能再发生燃烧。六、火灾烟气对灭火救援的影响（二）火灾烟气对火灾扑救的影响2.

为火情侦察提供参考与依据六、火灾烟气对灭火救援的影响（二）火灾烟气对火灾扑救的影响3.

为火情侦察提供参考与依据。六、火灾烟气对灭火救援的影响（二）火灾烟气对火灾扑救的影响

4.

烟气流动，有造成新的火源和促使火灾发展、蔓延的危险七、火灾烟气的控制（一）防烟系统自然通分系统

机械加压送风系统（二）排烟系统自然排烟系统

机械排烟系统轰燃和回燃08七、火灾烟气的控制（一）防烟系统自然通分系统

机械加压送风系统（二）排烟系统自然排烟系统

机械排烟系统初期增长阶段充分发展阶段衰减阶段轰燃a图1-1

室内火灾温度-时间曲线室内火灾发生，室内有足够的可燃物，有足够的助燃物即良好的通风条件，火灾发生后没有任何的人为干预，火灾自由的发展，直至可燃物全部烧完。一、室内火灾发展过程初期增长阶段充分发展阶段衰减阶段轰燃a图1-1室内火灾温度-时间曲线从出现明火算起；主要为物料控制型燃烧；燃烧面积小，室内平均温度不高，温度分布不平衡；燃烧状况与敞开环境中的燃烧类似；火势较小，是灭火的有利时机。初期增长阶段:曲线a工况：一、室内火灾发展过程初期增长阶段充分发展阶段衰减阶段轰燃a图1-2室内火灾温度-时间曲线充分发展阶段:充分发展阶段从轰燃开始算起；轰燃是火灾充分发展阶段的标志；既有物料控制型燃烧又有通风控制型燃烧，以通风控制型燃烧为主；顶棚射流、立体燃烧；全面燃烧，热释放速率很大，室温急剧上升，持续高温；是火灾中最危险的阶段。曲线a工况：一、室内火灾发展过程初期增长阶段充分发展阶段衰减阶段轰燃a图1-3室内火灾温度-时间曲线衰减阶段:从室内平均温度降到其峰值的80%时算起。此阶段随着室内可燃物数量的减少，火灾燃烧速度减慢，室内温度逐渐下降，直至火灾完全熄灭。曲线a工况：一、室内火灾发展过程图1-4室内火灾温度-时间曲线时间火灾未发展到充分发展阶段就自动熄灭或是扑灭。为孤立火源，着火物质烧完火灾自行熄灭；火灾被及时发现，及时干预，且灭火火行动高效，火灾还未发展到充分发展阶段就被扑灭。曲线b工况：一、室内火灾发展过程图1-5室内火灾温度-时间曲线时间火灾发生，有足够的可燃物，但燃烧空间相对密闭，燃烧一段时间后，室内氧含量降低，火灾由有焰燃烧转为阴燃，燃烧速度下降，火灾慢慢熄灭。曲线c工况：一、室内火灾发展过程图1-6室内火灾温度-时间曲线室内火灾发生，有足够的可燃物，但燃烧空间相对密闭，燃烧一段时间后，室内氧含量降低，火灾由有焰燃烧转为阴燃，但是，此时通风条件突然改变，热烟气流出，新鲜空气流入，发生回燃，室内再次发生有焰燃烧，火灾再次进入充分发展阶段。曲线d工况：一、室内火灾发展过程初期增长阶段充分发展阶段衰减阶段轰燃a图

室内火灾温度-时间曲线轰燃：某一空间内，所有可燃物的表面全部卷入燃烧的瞬变过程。轰燃是建筑物室内火灾发展到充分发展阶段的标志。1、轰燃概念二、轰燃2、轰燃形成过程室内火灾的初步发展阶段二、轰燃屋顶下积累形成热烟气层，产生辐射热二、轰燃2、轰燃形成过程火焰热辐射、火灾烟气的热辐射、屋顶和墙壁的热辐射，其他可燃物开始裂解，并释放出可燃的气态裂解产物。二、轰燃2、轰燃形成过程当室内的可燃气体达到一定浓度时，可燃气体发生着火，所有的可燃表面同时引燃，形成轰燃。二、轰燃2、轰燃形成过程3、轰燃的形成条件（1）室内有足够的可燃物；（2）燃烧条件良好；（3）持续燃烧；（4）室内积累大量的热量。二、轰燃2、轰燃形成过程4、轰燃的临界条件沃特曼（Waterman）：地板平面处至少要接收到20kw/m2以上的热通量，可燃物燃烧速率必须大于40g/s，并维持一段时间。呼格拉德（Hugglund）：顶棚温度达到600℃才能出现轰燃。二、轰燃5、轰燃的征兆（1）产生灼热皮肤的辐射热，几秒钟后辐射热强度可达到10kw/m2；（3）门热得烫手，木质部分温度平均超过320℃；（2）室内的热气流使人无法坚持，室内温度接近450℃；（4）当室内顶棚及门窗充满高热浓烟，或烟从窗口上部喷出，并呈翻滚现象；（5）烟气层降至离地面1m左右，并出现滚动现象。二、轰燃6、影响轰燃的因素（1）室内燃烧物的性质合成纤维及其制品起火后比天然纤维及其制品更容易发生轰燃。（2）房屋的条件①房间大小，决定轰燃发生的先后。②与房间内保温有关。③用塑料纸和可燃性粘结剂装饰顶棚和墙壁，在火灾中先开始燃烧，这就更增加了室内的热量，轰燃将更快到来。二、轰燃7、轰燃的危害（1）轰燃对人员逃生危害大（2）轰燃易加速火势蔓延（3）轰燃会破坏建筑物结构二、轰燃8、轰燃的安全防范一是加强火场的排烟散热二是强制冷却预防轰燃的危害：预防轰燃的发生：一是设立安全员、观察哨，发现轰燃征兆，及时撤离；二是强化安全意识，加强安全防护。二、轰燃

建筑室内火灾过程1、回燃的产生密闭室内火灾发生一段时间后，由于新鲜空气补充