中国科技大学火灾爆炸安全工程

课件下载地址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61.3128//101.4BBTt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=-10lg(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=(I0–I)/I0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5－10反光标志：R取2－4有反射光存在的建筑物：R取2－4巴切尔、帕乃尔自发光标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0.40.50.711.522015107能见度V(m)减光系数Kc(1/m)Vα=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Vα=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将烟气收集到固定的容器中进行的名称场合类型参考Rohm-HaasXP—2FOSASTM,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1WDVp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+Q3Q=CA(2P/)1/2niieAA1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2/112/1niieAA2/2iiCAQP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3223AAAe5445AAAe2/124522321/1/1/1eeeAAAA烟气的流动温度与流通系数变化的影响并联：串联：2/112/1)(niiiieeeTACCTA2/1122/1niiiieeeTACCTA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gHPsso0ssTooT0soP0soP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0soP0soPhTTKPSSS/1/100RTP/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：2/122/1/1iosieAAA2/12soePCAm2/siesosiAAPP2/1/iosisosiAAPP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RTTghPPfatmf//1/100hTTKPfsfo)/1/1(0hTTf)/1/1(34600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fwffwTATmPTATm20020/0.1/25.0inoutinoutTTQQ//烟气的流动风的影响风压的产生及影响因素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2021VCPww2026.0/177VCTVCP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0°90°0°90°+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+0.7-0.10°90°0°90°+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+0.7-0.10°90°0°90°+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5.1/1WL4/5.1WL4/5.1WL5.1/1WL5.1/1WL4/5.1WL5.0/WH5.1/5.0WH6/5.1WH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202121VCCPnZZVV00/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22/120/12