3火灾蔓延

1第三章火灾蔓延3.1气体可燃物中火灾的蔓延3.2液体可燃物中火灾的蔓延3.3固体可燃物中火灾的蔓延2研究气体火灾蔓延的重要意义3当可燃气体与空气混合后，就形成了预混可燃混合气，一旦着火燃烧，就形成了气体可燃物中的火灾蔓延。预混合气的流动状态对燃烧过程有相当大的影响。流动状态不同，就会产生不同的燃烧形态。3.1气体可燃物中火灾蔓延4层流火焰：处于层流状态的火焰因可燃混合气流速不高没有扰动，火焰表面光滑，燃烧状态平稳。火焰通过热传导和分子扩散把热量和活化中心（自由基）供给邻近的尚未燃烧的可燃混合气薄层，使火焰传播下去。物质最大层流火焰传播速度(cm/s)可燃物浓度（%）物质最大层流火焰传播速度(cm/s)可燃物浓度（%）氢气31542.2戊烷38.52.92甲烷33.89.96己烷38.52.51乙烷40.16.28乙烯68.37.40丙烷39.04.54乙炔1708.9丁烷37.94.54苯40.73.34表3.1一些燃料和空气预混合气体的层流火焰传播速度5与层流火焰不同，湍流火焰面的热量和活性中心（自由基）未向未燃混合气输送，而是靠流体的涡团运动来激发和强化，受流体运动状态所支配。同层流燃烧相比，湍流燃烧要更为激烈，火焰传播速度要大得多。湍流火焰：当可燃混合气流速较高或流通截面较大、流量增大时流体中将产生大大小小数量极多的流体涡团，作无规则的旋转和移动。在流动过程中，穿过流线前后和上下扰动。火焰表面被皱折变形，变粗变短，翻滚并发出声响。6•预混气的燃烧有可能发生爆轰。发生爆轰时，其火焰传播速度非常快，一般超过音速，产生压力也非常高，对设备的破坏非常严重。爆轰波实际上是一个激波，该激波是燃烧产生的压缩波扰动形成的。•发生的条件：只有当管路的长度足够长、直径足够大或自由空间的预混气体体积足够大，并且可燃气体浓度处于爆轰极限范围内，才能形成激波。73.2液体可燃物中火灾蔓延当储油罐或输油管道破裂时，大量燃油从裂缝中喷出，形成油雾，一旦着火燃烧，火灾就会蔓延。在这种条件下形成的喷雾条件一般较差，雾化质量不高，产生的液滴直径较大。而且液滴所处的环境温度为室温，所以液滴蒸发速度较小，着火燃烧后形成油雾扩散火焰。（1）油雾中火灾的蔓延8四种油雾火焰：1.预蒸发型的气相燃烧火焰雾化质量好，距喷嘴远，环境温度高，火焰具有预混气体燃烧的特点2.液滴群扩散燃烧火焰雾化质量不好，距喷嘴近，环境温度低，火焰具有扩散气体燃烧的特点93.预蒸发与滴群扩散燃烧的复合型火焰小滴进入燃烧区前已蒸发完，而大滴还没蒸发完便进入燃烧区，形成预蒸发与滴群扩散燃烧的复合型火焰4.预蒸发燃烧与滴群扩散蒸发的复合型火焰小滴进入燃烧区，已大部分蒸发，但没蒸发完，而大滴进入燃烧区没蒸发完，一般多继续蒸发，很少也可着火燃烧形成液滴扩散燃烧10图3-1油雾扩散燃烧简化模型111、油品本身的性质：分子量、挥发性油雾中影响火灾蔓延过程的因素：液滴群火焰传播特性与燃料性质（如分子量和挥发性）有关，分子量越小，挥发性越好，其火焰传播速度接近于气体火焰传播速度。2、环境温度(或预热温度)3、液滴的平均粒径和液滴间距12四氢化萘液雾的火焰传播，当液滴直径小于10μm时，火焰呈蓝色连续表面，传播速度与液体蒸汽和空气的预混气体燃烧速度相类似；当液滴直径在10μm～40μm时，既有连续火焰面形成的蓝色，还夹杂着白色和黄色的发光亮点，火焰区成团块状，表明存在着单个液滴燃烧形成的扩散火焰；当液滴直径大于40μm时，火焰已不形成连续表面，而是从一颗液滴传到另一颗。13在大面积的水面上有一层较薄的浮油，这种浮油燃烧引起的火灾称为油面火灾。由于液态可燃物的蒸发在其表面上产生一层蒸汽，这些蒸汽与空气混合并被加热着火、燃烧形成火焰。油面火与油池火相比，油面火有一个不断扩大的过程，一旦着火，很快在整个油面上形成火焰。（2）液面火灾的蔓延14图3.2油面火蔓延示意图15可燃液体表面在着火之前会形成可燃蒸汽与空气的混合气体。当液体温度超过闪点时，液面上的蒸汽浓度处于爆炸浓度范围之内，这时若有点火源，火焰就会在液面上传播；当液体的温度低于闪点时，由于液面上蒸汽浓度小于爆炸浓度下限，所以，用一般的点火源是不能点燃的，也就不存在火焰的传播。但是，如果在一个大液面上，某一端有强点火源使低于闪点的液体着火，由于火焰向周围液面传递热量，使周围液面的温度有所升高，蒸发速度有所加快，这样火焰就能继续传播蔓延。由于液体温度比较低，这时的火焰传播速度比较慢。16静止环境中，油的初温对火焰蔓延速度有显著影响，开始时蔓延速度随初温的升高而变大；当初温达到某一个值时，火的蔓延速度趋于某个常数。例如，当甲醇的温度达到20℃后，甲醇火焰的蔓延速度就趋于常数。图3.25甲醇油面火焰蔓延图3.24油面火焰传播速度与温度的关系17火焰在风的作用下，倾角增大，强化了火焰对液面的辐射传热和对流传热。顺风时，火焰向未燃液面方向倾斜，所以作用显著，甚至成为主导作用；逆风时，火焰向已燃烧液面倾斜，起不到强化作用，效果不明显。18油面火常用来清除泄露在海面上的石油，经过长时间的燃烧，油层下面的水温升高到沸点后，水的沸腾导致石油飞散，促进了油层对水层的传热，使得油面火容易熄灭，对清除漏油不利。19（3）液面/含油固面火灾的蔓延当可燃液体泄漏到地面，如土壤、沙滩上，地面就成了含有可燃物的固体表面，一旦着火燃烧就形成了含可燃液体的固面火灾。含可燃液体的固面火灾的蔓延首先与可燃液体的闪点有关，当液体初温较高，尤其大于闪点时，含可燃液体的固面火灾的蔓延速度较快。随着风速增大，含可燃液体的固面火灾的蔓延速度减小，当风速增加到某一值之后，蔓延速度急剧下降，甚至灭火。地面沙粒的直径也影响含可燃液体的固面火灾的蔓延。实验表明，随着粒径的增大，火灾蔓延速度不断减小。20213.3固体可燃物中火灾蔓延（1）固体可燃物火灾蔓延的影响因素材料特性熔点、热分解温度、材料和厚度等环境因素环境风速、温度、氧浓度、空气压力等22表3.3几种常见固体物质的平均燃烧速度（g/(m2·s)）物质名称平均燃烧速度物质名称平均燃烧速度木材（水份14%）13.9棉花2.5天然橡胶6.7纸张6.7布质电胶木8.9有机玻璃（PMMA）11.5酚醛塑料2.8人造纤维（水份6%）6固体的熔点、热分解温度越低，其燃烧速度越快，火灾蔓延速度也越快。23图3.5空气压力及氧浓度对硬质纤维板火焰传播速度的影响图3.6风速及氧浓度对硬质纤维板火焰传播速度的影响相同的材料在不同的外部环境条件下，火灾蔓延速度也不相同。24外界环境中的氧浓度增大，火焰传播速度加快。风速增加也有利于火焰的传播，但风速过大会吹灭火焰。空气压力增加，提高了化学反应速度，加快了火焰传播。注意：相同的材料，在相同的外界条件下，火焰沿材料的水平方向、倾斜方向和垂直方向的传播蔓延速度也不相同。25图3.7火焰沿水平材料表面的蔓延（1）在无风的条件下，火焰形状基本是对称的，由于火焰的上升而夹带的空气流在火焰四周也是相对称的。火焰逆着空气流的方向向四周蔓延。火焰向材料表面未燃烧区域的传热方式主要是热辐射，但在火焰根部对流换热（直接接触）占主导地位。26图3.8火焰沿水平材料表面的蔓延（2）在有风的条件下，火焰顺着风向倾斜。火焰和材料表面间的热辐射不再对称。在上风侧，火焰逆风流方向传播，气相热传导是主要的传热方式，因此火焰传播速度非常慢，甚至不能传播。而在下风侧，火焰和材料表面间的传热主要为热辐射和对流换热，并且辐射角系数较大，因此火焰传播速度较快。27图3.9火焰沿垂直或倾斜表面的传播蔓延由于浮力作用，火焰覆盖在材料未燃区域的表面，存在强烈的热辐射和对流换热，火焰向上传播速度较快，而向下传播的速度较慢。28（2）几个例子1.火沿塑料棒蔓延图3.10火沿塑料棒蔓延过程示意图29在这两种不同的条件下，火焰向塑料棒的传热情况不同，因而火灾的蔓延速度也不相同。当下端着火，向上蔓延时，因燃烧后的高温气流沿着未燃部分的表面向上升腾，存在强烈的对流换热作用。未燃部分通过对流传热从高温气体中得到较多的热量，加速了未燃部分的热解、气化，因此火的蔓延速度较快。当上端着火，火向下蔓延时，高温烟气不流经未燃部分，不存在对流换热，只能通过热辐射和塑料棒的导热传递热量，加热未燃部分，所以火的蔓延速度较慢。302.薄片状固体可燃物火灾的蔓延纸张、窗帘、幕布等薄片状固体一旦着火燃烧，其火灾的蔓延规律与一般固体相比有显著的特点。这是因为这种固体可燃物厚度小，面积大，质量不大，热容也不大，受热后升温很快。这种火的蔓延速度较快，对整个火灾过程的发展影响大，窗帘、幕布等可燃物，平时垂直放置。由于火灾过程的热浮力作用，火灾蔓延速度更快。应当作为早期灭火的主要对象。