火灾在蔓延的过程中.pptx

所谓阴燃，就是某些固体物质无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟和伴有温度升高的现象。在物质的燃烧性能试验方面，阴燃的定义是，在规定的试验条件下，物质发生的持续、有烟、无焰的燃烧现象。阴燃与有焰燃烧的主要区别是无火焰，与无焰燃烧的主要区别是能热分解出可燃气。在一定条件下，阴燃可以转变为有焰燃烧。(一)阴燃的发生条件 阴燃是固体材料特有的燃烧形式，但其能否发生，完全取决于固体材料自身的理化性质及其所处的外部环境。很多固体材料，如纸张、锯末、纤维织物、纤维板、胶乳橡胶及某些多孔热固性塑料等，都能发生阴燃。这是因为这些材料受热分解后能产生刚性结构的多孔炭，从而具备多孔蓄热并使燃烧持续下去的条件。相反有些材料，如a一纤维素等，受热时很少产生刚性结构的炭，所以难以发生阴燃。有些不易阴燃的固体经过一些无机物溶液浸泡处理后，变得容易发生阴燃，这主要是因为这些无机物有助于炭化反应的进行，这些无机物主要包括：LiCl、LiOH、NaCl、NaOH、NaNO3、Na2SO3、FeCl2、FeSO4、AgNO3等；一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆有些物质以粉末状分散于能阴燃的固体中时，会中断碳上的反应晶格，降低炭生成量，从而能抑制阴燃的发生，这些无机物主要包括：S、CaC12、CuCl2、CaC122H2O、AlCl36H2O、MgC126H2O、NiC126H2O等，其中S的抑制阴燃效果最好。阴燃主要发生、固体物质处于空气不流通的情况下，如固体堆垛内部的阴燃，处于密封性较好的室内的固体阴燃，但也有暴露于外加热流的固体粉尘层表面上发生阴燃的情况。无论哪种情况，阴燃的发生都要求有一个供热强度适宜的热源。因为供热强度过小，固体无法着火；供热强度过大，固体将发生有焰燃烧。在多孔材料中，常见的引起阴燃的热源包括：1、自燃热源。固体堆垛内的阴燃多半是自燃的结果，而堆积固体自燃的基本特征就是在堆垛内部以阴燃反应开始燃烧，然后缓慢向外传播，直到在堆垛表面转变为有焰燃烧。2、阴燃本身成为热源。一种固体正在发生着的阴燃，可能成为引燃源导致另一种固体阴燃，如香烟的阴燃常常引起地毯、被褥、木屑、植被等阴燃，进而发生恶性火灾。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 3、有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃。例如固体堆垛有焰燃烧的外部火焰被水扑灭后，由于水流没有完全进入堆垛内部，那里仍处于炽热状态，因此可能发生阴燃；室内固体在有焰燃烧过程中，当空气被消耗到一定程度时，火焰就会熄灭，接着固体燃烧以阴燃形式存在。此外，不对称加热、固体内部热点等，都有可能引起阴燃的发生。(二)阴燃的传播理论 柱状纤维素材料沿水平方向阴燃现象，能很好地说明阴燃传播问题。图4-22 纤维素棒沿水平方向阴燃示意图一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆研究表明，如果材料一端被适当加热，就开始发生阴燃，接着它沿着未燃区向另一端传播。阴燃的结构分为三个区域，如图4-22所示。区域I：热解区。在该区内温度急剧上升，并且从原始材料中挥发出烟。相同的固体材料，在阴燃中产生的烟与在有焰燃烧中产生的烟大不相同，因阴燃通常不发生明显的氧化，其烟中含有可燃性气体，冷凝成悬浮粒子的高沸点液体和焦油等，所以它是可燃的。在密闭的空间内，阴燃烟的聚集能形成可燃（甚至爆炸）性混合气体。曾发生过由于乳胶垫阴燃而导致的烟雾爆炸事故。区域II：炭化区。在该区中，炭的表面发生氧化并放热，温度升高到最大值。在静止空气中，纤维素材料阴燃在这个区域的典型温度为600oC 750oC。该区产生的热量一部分通过传导进入原始材料，使其温度上升并发生热解，热解产物（烟）挥发后就剩下炭。对于多数有机材料，完成这种分解、炭化过程，要求温度大于250oC300oC。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 区域III：残余灰炭区。在该区中，灼热燃烧不再进行，温度缓慢下降。因为阴燃传播是连续的，所以实际上以上各区域间并无明显界限，其间都存在逐渐变化的过渡阶段。阴燃能否传播及传播速度快慢主要取决于区域II的稳定及其向前的热传递情况。为了能从理论上说明阴燃的传播速度，将区域I和区域II之间的界面定为燃烧起始表面。由于穿过这一界面的传热速率决定了阴燃的传播速度，因此在静止空气中，阴燃传播速度可表示为：(4-39)式中，vag是阴燃的传播速度；q是穿过燃烧起始表面的净传热量；是固体材料（堆积）的密度；h是单位质量的材料从环境温度上升到着火温度时热烩的变化量。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 当着火温度与区域II的最高温度Tmax相差不太大时，环境温度（即材料的初始温度）为To材料的热容为C，则有：(4-40)假定热传递是通过导热进行的，且为似稳态传热，则有：(4-41)式中，K是材料的导热系数；x是传热距离。将式（4-40）和（4-41）代人式（4-39）中，得：(4-42)式中，是热扩散系数。尽管用式（4-42）确定的阴燃的传播速度比较粗略，但其数量级是比较可靠的。例如，绝缘纤维板实际阴燃的传播速度的数量级为10-2mm/s，这和用式（4-42）计算的结果基本相符。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 (三)阴燃的影响因素 阴燃是一种十分复杂的燃烧现象，受到多方面因素的影响。这些因素主要包括：1、固体材料的性质和尺寸实验表明，质地松软、细微、杂质少的材料阴燃性能好。这是由于这类材料的保温性能和隔热性能都比较好，热量不容易散失。棉花就是这类材料的典型代表。单一材料的尺寸（主要指直径）对阴燃的影响很复杂，难以得出统一结论。粉尘层尺寸对阴燃的影响可从厚度和粒径两个方面说明。对于细小粒径的粉尘层，在一定范围内，随着厚度减小，阴燃的传播速度增加，但厚度减小到一定程度后，阴燃的传播速度反而减小，而且存在维持粉尘层阴燃的厚度下限，如表4-1所列。这种影响可解释为：厚度较大，空气较难进入阴燃区；厚度太小，热量损失太大。表4-1 不同粒径软木粉阴燃的厚度极限*伴有灼热燃烧一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆粒 径（mm）0.51.02.03.6厚度下限（mm）12 364736*从该表可看出，随着粒径增大，厚度下限增加，但粒径增大到一定程度后，由于伴有灼热燃烧，厚度下限反而减小。对于一定厚度粉尘层，随着粒径减小，阴燃传播速度缓慢增加。尽管粒径减小，空气进入阴燃区的难度增大，但因此改进了绝热条件，减少了热损失，而粉尘层阴燃行为特征表明，后一种作用稍微占有优势，所以传播速度稍有增加。由于类似原因，粉尘层堆积密度减小，阴燃传播速度也会增加。2、外加空气流（风）速度 试验表明，受到外加空气流作用的粉尘层，阴燃厚度下限会明显减小。外加空气流速度增加，阴燃传播速度也明显增大，尤其当空气流动方向与阴燃传播方向一致时。这除了因为空气流促进了氧向阴燃区的传输外，还因为增加了区域II向区域I传递的热量。对于粗大粒径的粉尘，这种影响效果更加显著。如果空气流速度过大，阴燃就会转变为有焰燃烧。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 增加环境中的氧浓度，阴燃传播速度也明显增大，这也是因为氧向阴燃区的扩散速率得以加强。由于燃烧区的最高温度与氧浓度有着直接关系，即氧浓度越高，燃烧区温度越高，所以上述外加空气流或环境中氧浓度对阴燃的影响同时也表明了燃烧区的最高温度对阴燃的影响。试验结果也说明，区域II内最高温度增加，阴燃传播速度也增大。公式（4-42）中，由于忽略了很多影响阴燃的实际因素，所以没有体现出阴燃传播速度与区域II最高温度的这种关系。3、阴燃的传播方向实验发现，相同的固体材料在相同的环境条件下，向上传播阴燃速度最快，水平传播的阴燃次之，向下传播的阴燃速度最慢。这表明向上传播的阴燃状态更加危险。一般解释如下：对于向上传播的阴燃，燃烧或热解产物受浮力作用流向材料未燃部分，对其起到预热作用，而且这种情况下氧进入区域II的阻碍作用较小；与此相反，向下传播的阴燃就不存在这种“预热”作用，而且这种情况对向区域II扩散供氧不利；水平传播的阴燃情况居中。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 4、双元材料体系的阴燃 有些高聚物泡沫（例如高弹性的柔性聚氨醋泡沫）单独存在时是难以阴燃的，但是如果它们与许多象织物类的材料组成双元材料体系时，就可以发生阴燃。这说明某些易阴燃材料对其他一些难阴燃材料的阴燃起决定性作用。如图4-23所示。图4-23 织物/泡沫体系阴燃的相互作用示意图 如果泡沫材料阴燃是在静止的空气中发生的，区域II所达到的最高温度不会超过400oC，它明显地低于纤维素阴燃区域II的最高温度（600oC），这可能是某些泡沫材料单独存在时难以阻燃的主要原因。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆即使在图4-23所示的情形中，泡沫阴燃传播速度也是比较慢的。还有人提出，这些泡沫的阴燃传播机理涉及到穿过稀疏网眼结构的辐射传热问题。除了上述影响因素外，固体材料的阴燃特性还受到其中杂质的影响。另外，湿度对阴燃不利，这是因为湿度使材料的未燃部分热容增大，使热分解对热量的需求增加，限制了阴燃传播。(四)阴燃向有焰燃烧的转变 阴燃向有焰燃烧的转变是阴燃研究的重点内容之一。有利于阴燃的上述因素也都有利于阴燃向有焰燃烧的转变，如外加空气流有利于这种转变；向上传播的阴燃比向下传播的阴燃更容易向有焰燃烧转变；棉花等松软、细微材料的阴燃很容易转变为有焰燃烧，等等。总体上讲，当区域II温度增加时，由于热传导使得区域I温度上升，热解速率加快，挥发份增多，这时区域I附近空间可燃气的浓度加大。当这个浓度达到某一值时，若有明火即可引燃；如果没有明火，当温度继续升高时，也可自燃着火。这就完成了阴燃向有焰燃烧的转变。由于这一转变过程非稳态的，要准确确定转变温度是很难的。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 概括地讲，阴燃向有焰燃烧的转变主要有以下几种情形：1、阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧在材料堆垛内部，由于缺氧，只能发生阴燃。但只要阴燃不中断传播，它终将发展到堆垛外部，由于不再缺氧，就很可能转变为有焰燃烧。2、加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧阴燃着的固体材料受到外界热量的作用时，随着加热温度的提高，区域I内挥发份的释放速率加快。当这一速率超过某个临界值后，阴燃就会发展为有焰燃烧。这种转变也能在材料堆垛内部发生。3、密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧（甚至轰燃）在密闭的空间内，因供氧不足，其中的固体材料发生着阴燃，生成大量的不完全燃烧产物充满整个空间。这时，如果突然打开空间的某些部位，因新鲜空气进入，在空间内形成可燃性混合气体，进而发生有焰燃烧，也有可能导致轰燃。这种阴燃向轰燃的突发性转变是非常危险的。一、阴燃一、阴燃*二、轰爆二、轰爆小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 (一)轰燃的定义及判据 轰燃标志着室内火灾由初期阶段向充分发展阶段的转变，因此应当对这一重要概念给出比较准确的定义，以便可依据它分析那些决定火灾发展的因素。对于这一概念已有过不少定义，其中常见的有：(1)室内火灾由局部火向大火的转变，转变完成后，室内所有可燃物表面都开始燃烧；(2)室内燃烧由燃料控制向通风控制的转变；(3)在室内顶篷下方积聚的未燃气体或蒸汽突然着火而造成火焰迅速扩展。Martin等分析了这些定义后指出，定义（2）实际上是定义（1）的结果，因而不是基本定义；定义（3）是根据发生轰燃时经常出现的火焰外窜现象定义的，它只表明发生了预混燃烧，并未突出由于高温对可燃物的传热而引起的可燃蒸汽的大量生成，因而该定义本身并不能说明火灾向充分发展阶段的转变。事实上在轰燃前，火焰有时也能从窗口窜出来，例如当初期火灾发展很快时，可在室内尚无明显的烟气积累时就在顶篷下方产生扩展火焰，它很容易窜到室外。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 人们通常使用第一种定义，但它有一定的适用范围，比如不适用于非常长或非常深的房间，显然在那些特殊的空间内，所有可燃物同时被点燃在物理上是不可能的。室内刚起火时，火区的发展比较缓慢，与敞开燃烧差不多。若可燃物和通风条件都适当，则到一定时候火区就会迅速增大，并扩展到所有可燃物表面上。一旦出现这种情况就说室内发生了轰燃。为了定量说明室内是否发生了轰燃，还需要一定的判据，对此人们进行过不少实验研究。其中Waterman的结果较有代表性。实验是在长宽高为3.64m3.64m2.43m的房间内进行的，并以放在地板上的纸质物体被引燃作为充分发展火灾的起始。其结论是，要使室内发生轰燃，地板平面处至少要接收到20kW/m2的热通量。这些热通量大部分来自房间上部的热表面和热烟气层，小部分直接来自 可燃物上方的火焰。实验中还观察到，如果可燃物的燃烧速率达不到40g/s，室内是不会发生轰燃的。另外还有人提出以顶棚温度接近600oC作为轰燃的判据，例如Hugglund等。这也是在不少实验中测量到的。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆需要指出这些实验所用的房间高度大都在2.7m左右，可以想到如果轰燃与由上部辐射到地板处的热通量有关，那么发生轰燃时的顶棚温度应当是房间高度的函数。Heselden等人的结果说明了这一问题。他们在1.0 m高的小尺寸实验箱内实验发现，发生轰燃时的顶篷温度约为450oC。应该指出，这一判据忽视了其他辐射热源的影响，而这是不合理的。目前人们较多采用Waterman的判据，但对这一判据需要作如下说明：(1)不同可燃物被引燃所需要的热通量是有较大差别的，20kW/m2的热通量对于纸质物的自燃是足够的，但对于较厚的木块或其他可燃固体来说就显得太小了。不过这样大的热通量能够促使点火成功，并助长火焰在可燃物表面上蔓延。(2)热辐射是导致轰燃的主要传热方式。一般说来，房间地板外接收到的热通量可来自以下几种辐射源：火焰，包括垂直上升火羽流和沿顶篷扩展火焰；房间上部所有的热表面；顶篷下方热烟气层。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆这些因素的相对重要性随着火灾发展而变化，由哪一个控制出现轰燃取决于可燃物的性质及通风状况。如果可燃物是甲醇，反馈回可燃物表面的热通量主要来自室内上部壁面，因其火焰和燃烧产物的发射率很低。实际火灾中是会产生大量烟气的，这时轰燃的出现往往由热烟气层的临界厚度和温度决定。Thomas等把轰燃与Semenov的着火热模型类比后指出，可以认为轰燃是室内的一种热力不稳定状态。出发点是假设可燃物的燃烧速率是温度的函数，同时又受到空气供应速率的限制。由此出发提出了一种生轰燃的准稳态模型，其中把热释放速率和热损失速率都表示为温度的函数，进而对它们进行比较。现以图4-24所示的简化情形说明此模型的基本思想。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆图4-24 把轰燃作为热力不稳定状态处理示意图 为了便于讨论，现假设燃料床面积不变。释热速率随温度升高而快速升高，当到达受空气供应速率限制时便认为它不再变化了。图中将这种释热速率曲线R与三条热损失速率曲线L1，L2和L3进行比较，后三者分别相应于房间的体积逐渐缩小。通常释热速率曲线与热损失速率曲线有三个交点，即A，B和C。A相应于稳定状态下的通风控制燃烧；C表示室内存在小的局部范围的燃烧，这时由房间上部反馈回来的热量对其燃烧状况影响不大；一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆B是个不稳定点，对于初期增长的火灾来说，R和L都在慢慢增大。如果房间大小合适，B、C两点将靠得很近，这样室内最终将达到一种临界状态，即燃烧速率的微小增加将会造成温度和燃烧速率急剧跳到A点。Thomas等指出，出现这种跳跃便意味着发生了轰燃。他们还用这种模型解释了室内燃烧中的其他热力不稳定现象，并预言火灾中可能存在振荡火焰，不久实验证实了这一点。(二)轰燃所需要的条件 Hugglund等在长宽高为2.9m3.75m2.7m的房间里进行了一系列木垛火实验，并通过连续称重测量了可燃物的质量燃烧速率，结果如图4-25所示。图4-25 室内轰燃所在的范围（木垛火）一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 他们发现，若以火焰从通风口窜出和顶棚下温度达到600oC为轰燃判据，则轰燃只出现在图中一段较狭窄的限定区域内。当燃烧速率低于80g/s时观测不到轰燃现象，且这一极限值（）随着通风因子的增大而增大，其关系大致可用下式表示：(4-43)当 0.8m5/2时，不会发生轰燃。但此式的应用范围是有限的，如前所述，超过一定值燃烧速率便与通风状况无关了，那时再用此式确定火灾向充分发展阶段的转变就不合适了。虽然上述研究是在高为2.7m的特定房间内进行的，但它确实发现了一条普遍的原则，即燃烧速率必须超过某一极限值并且维持一段时间才会发生轰燃。由此可以得出，如果某种家具燃烧速率足够高，并可维持一定时间，一件家具也可导致轰燃。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 达到轰燃的极限燃烧速率是直接由实验测定出来的，但用极限释热速率表示轰燃似乎更合逻辑，这与Thomas指出轰燃是一种热力不稳定状态的认识相符。图4-26 轰燃前室内火灾准稳态模型示意图 McCaffery等发展了一种轰燃前室内燃烧准稳态模型，把这种认识又推进了一步。他们按图4-26所示的模型对室内热烟气层进行热平衡计算，即：一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆(4-44)式中，是释热速率，可表示进入热气层的全部能量；Cp和 分别为离开房间的气体的比热和质量流率；是通过辐射或对流由热气层传给壁面的热损失速率；T和To分别为热气层和环境的温度。计算中假设热气层充分混合，温度均匀。是由多项组成的，通常用下式表示：(4-45)式中，hk是有效传热系数；AT是房间的内部当量表面积。将此式代入式（4-46），并重新整理可得：(4-46)一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 在中性面以上离开房间的气体的质量流率满足下述关系：(4-47)式中，o是环境空气的密度。于是式（4-46）便可大体确定下来，能够把T/To表示为两个无量纲参数的函数，即：(4-48a)或(4-48b)式中，X1和X2分别代表式（4-48a）中的两个无量纲参数。常数C与指数n和m的值由实验确定。为了能够用上式表示实验数据，必须知道hk的近似值，而hk是由火灾的发展过程和房间的边界条件决定的。设室内火灾的特征然烧时间为tc，房间边界的热穿透时间为tp，则当tctp时，即热量以稳态形式传到外界，hk可用下式近似确定：(4-49a)一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆式中，k是房间边界材料的导热系数；是边界的厚度。如果tctp时，(4-50a)当tctp时，(4-50b)一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆式中，AT是房间内部表面的总面积。实验数据很适合按式（4-48b）的形式进行整理，进行若干次线性回归分析便可估算出指数n和m的值。McCaffery等分析了上百次实验数据，得出可用下式描述气体的温升与无量纲参数X1和X2的关系：(4-51)计算中To取为295K。在求hk和AT时考虑了地板，并假设地板、墙壁和顶棚的传热特性差别不大。如果不考虑地板，数值会略有不同，但上式仍然适用，因为忽略地板的热损失不会造成重要影响。参考式（4-51）中关于X1和X2的表示形式，重新整理该式，并令上层气体温度上升到500K作为轰燃开始的判据，将其他系数的相应值代入，就可估算出发生轰燃时的火源功率：(4-52)根号依赖关系表明，若hk、AT或A中的值一个参数增大了100，火源的释热速率必须增加40才可达到预定的轰燃判据。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆不同材料的绝热性能差别很大，如果材料的绝热性好，如隔热纤维板、膨胀聚苯乙烯等，则发生轰燃时的火源功率（亦即火区体积）将小得多。应当指出，式（4-52）是由边长为2.40.3m的接近正方体的房间的实验数据得出的，本身没有包含房间高度，因此不能指望它适应于几何尺寸与此相差太大的房间。另外，实验数据是根据火源位于房间中央的情况得到的，故它也不大适用火源靠近墙壁或墙角的情况。可以想象，后两种情况达到轰燃所需的最低燃烧速率将较小。Lee的实验亦证明这一点。他在3m3m2.3m的全尺寸房间中实验发现，火源位于房间中央时的 为475kW；靠近墙壁时的 为400kW，而靠近墙角时的 为340kW。对于通风严重受限的情况，此式也不适用，因为在这种情况下关于热气层内温度均匀的假设将不成立了。为了能够按式（4-52）估计室内发生轰燃的可能，还应当了解室内物品的实际释热速率。但是要准确知道这种数据是困难的。现在通常用质量燃烧速率表示可燃物的燃烧特性，相对来说这种数值容易测定些。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆为了与式（4-52）所预计的发生轰燃时的火源功率比较，还应当把质量燃烧速率换算为释热速率，这样将带来一些不确定因素。因为一般资料中给出的物质的燃烧热是指完全燃烧情况下放出的热量，但火灾燃烧是很不完全的，很难确定火灾过程的燃烧效率，为此需要研究测定释热速率的方法。目前正在发展的一种方法是利用烟气成分分析的数据并配合质量燃烧速率的测量结果算出释热速率，现在已可对单件家具进行测量。不过这种数据是在规定条件下测出的，有时不一定适用于其他条件下的室内火灾。(三)影响轰燃时间的有关实验研究 前面对发生轰燃的条件进行了理论探讨，指出了分析室内初期火灾的基本方法。但是影响室内火灾的具体因素很复杂，不是一般的简化公式所能反映的。为了定量了解可燃物性质和通风状况如何影响达到轰燃的时间，目前还必须依赖火灾实验。前些年，各国陆续开展了系列室内火灾实验，其中以国际标准化组织（CIB）的火灾分委员会（W14）组织的研究进行的项目最多，得到的数据最全面。这一研究是在小尺寸的模拟房间中进行的，用木棒垛作燃料床，测定八个变量的变化所产生的影响。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆下面介绍一下该研究的主要结果。在所有的实验中都仔细测定了下述时间：从起火到火焰到达顶棚的时间（t1）；火焰在燃料床上由慢速燃烧向快速蔓延的时间（t2）；火焰遍及整个燃料床表面的时间（t3），可认为此即室内发生轰燃的时间。对实验结果进行多次回归分析后得出以下一些结论：(1)现有的房间形状对t3没有明显影响；(2)通风口的大小和燃料的连续性对t3的影响也不大，不过前者显然与实验条件有关；(3)t3对点火源位置、燃料床高度、燃料堆放密度及衬里材料性质的变化敏感得多。这几项相比，最后一项的影响较弱。这里仅定性讨论一下这一点中各项的影响。当点火源从可燃物中部点燃时t3较小，因为火灾的初期增长较容易。同理，点火源的面积大时t3亦较小，因为一开始就有较大的面积发生燃烧；燃料床较高时火焰会很快地到达顶棚，从而可促使火焰较快地在可燃物表面上蔓延开来；一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆 木棒的间距较大（即堆放密度较小）可加速火焰蔓延，此时火区直径增长较快，可以较快达到轰燃，这相当于实际火灾中火焰在热容量较低的相邻物体间的蔓延；如果衬里材料可燃，达到轰燃的时间亦缩短。另外还应当注意这些因素间的相互作用。其中主要的是点火源与墙壁衬里材料间的作用。如果该材料是可燃的，靠近墙壁或墙角的火源就可直接将其点燃，从而使达到轰燃的时间大大缩短。燃料床高度和堆放密度之间也存在类似的作用。这些结论虽然是在小尺寸实验中得出的，但显然它们适用于实际火灾场合。房间壁面材料的热惯性（kc）是影响达到轰燃的另一重要因素。若所用材料的隔热性能好，将会大大减少通过壁面传向外界的热损失，从而加快达到轰燃的时间。英国火灾研究站在4.5m4.5m2.7m的全尺寸房间中测定了木制家具在不同墙壁衬里材料下达到轰燃的时间，如表4-2所列。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆表4-2 木制家具的轰燃时间随衬里材料的变化 由于不知这些材料的导热系数劝和比热的具体数值，无法算出它们的热容，这里列出了它们各自的密度作参考。可看到达到轰燃的时间相差很大，不少人也得到了类似的结果。不过对这种影响不必估计得过于严重。Thomas等进行了理论分析后指出，对于快速发展的室内火灾，可以认为轰燃时间与壁面材料热惯性的平方根成比例，因而依赖性不是太强。一、阴燃一、阴燃二、轰爆二、轰爆*小节名小节名第五节第五节第五节第五节 阴燃阴燃阴燃阴燃和轰爆和轰爆和轰爆和轰爆墙壁表面层材料 密度（kg/m3）轰燃时间（min）砖 160023.5轻质水泥A 136023.0轻质水泥B 80017.0喷涂石棉 3208.0隔热纤维板 3006.75此节末页，点击此处返回本章目录此节末页，点击此处返回本章目录此节末页，点击此处返回本章目录此节末页，点击此处返回本章目录