烟气流辐射引起的火焰蔓延第一节气体可燃物中的火灾蔓延.PPT

第一节 气体可燃物中的火灾蔓延 气体可然物泄漏到空气中，与空气混合会形成预混气体混合物。一旦预混气体混合物着火燃烧，就会形成气体可燃物中的火灾蔓延，从而引起火灾规模扩大，火灾危害加重。因此，研究气体可燃物中的火灾蔓延问题，具有十分重要的意义。 小节名 气体可燃物中的火灾蔓延规律与预混气体混合物中的火焰传播特性密切相关。从特性上分，预混气体混合物中的火焰传播包括层流火焰传播、湍流火焰传播和爆轰波，但它们具有相似的火焰传播机理。 (一) 火焰前沿的概念 若在一根长管中充满均匀的预混气体混合物，当用电火花或其它火源加热某一局部混气时，混气的该局部就会着火并形成火焰。火焰产生的热量会由于导热作用而输送给其周围的冷混气层，使冷混气层温度升高，化学反应加速，并形成新的火焰。这样使一层一层的新鲜混气依次着火，也就是薄薄的化学反应区开始由引燃的地方向未燃混气传播，它使已燃区和未燃区之间形成了明显的分界线。这层薄薄的化学反应发光区，就被称为火焰前沿。 为了研究方便，一般假设管子是绝热园管，在其中预混气体混合物中形成的火焰前沿为一与管子轴线垂直的平面；又假定火焰前沿是驻定的，而且混气以与火焰传播速度相同的速度流入管内。 实验证明，火焰前沿厚度是很薄的，只有十分之几mm甚至百分之几mm。因此，在分析和研究相关问题时，通常把火焰前沿看成是一个几何面。 小节名 (二) 火焰前沿的特点 1、火焰前沿分成预热区和化学反应区两部分 火焰前沿接触冷混气的一面，有很大部分用来预热冷混气，称预热区。在预热区中，流入的冷混气温度由T∞被加热到界温度Ti。由于预热区中温度较低，化学反应速度较小，可以忽略。预热区的厚度用δp表示。紧接预热区的是化学反应区，其厚度用δc表示，混气经过该区域后，95％~98％发生反应，温度从Ti升高到理论燃烧温度Tm。火焰前沿结构及其温度、浓度分布如图4-1所示。 图4-1 火焰前沿结构及其温度浓度分布示意图 小节名 2、火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散 由于整个火焰前沿厚度很薄，在这样薄的厚度上，温度却从初温T∞突然升高到理论燃烧温度Tm，因而产生极大的温度梯度，它将引起火焰前沿的热量快速导向冷混气。同时由于在火焰前沿冷混气从初始浓度fs∞突然变到零（冷混气已被烧光），已燃气从零突然升高而产生极大的浓度梯度，导致出现强烈的物质扩散。由此可见，在火焰中分子的迁移不仅仅是由于强迫流动的作用，而且还存在扩散的作用；热量迁移不仅仅靠强迫对流和辐射，而且还有导热。层流火焰中温度及浓度分布的实验数据证实了上述分析。 (三) 火焰传播机理 根据上面对火焰前沿的分析，目前火焰传播机理有以下两种理论： 1、火焰传播的热理论 热理论认为，火焰能在预混气体混合物中传播是由于火焰中化学反应放出的热量传播到新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速的结果。 小节名 2、火焰传播的扩散理论 扩散理论认为凡是燃烧都属于链式反应。火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混气中扩散，使新鲜冷混气发生链锁反应的结果。 在实际火灾（特别是建筑火灾）中，气体可燃物中的火灾蔓延，往往由热烟气流或火焰与热烟气流的热辐射引起。 如果某建筑室内着火燃烧，就会产生大量的热烟气。热烟气本身虽然不能燃烧，但它的温度较高，密度较小，必然形成自然对流。由于热烟气流的加热作用，可能导致流通路上的可燃物着火，造成火灾蔓延。可见，只要能了解热烟气流的流动规律，就能了解火灾蔓延的规律。下面重点介绍热烟气的产生和流动。 (一) 建筑室内的热烟气流动 图4-2描述了室内可燃物着火燃烧后，产生热烟气的情况。在可燃物上方形成了几个不同的区域，它们具有各自不同的特点。 图4-2 室内可燃物着火燃烧产生的热烟气示意图 1、连续火焰区 它处于热烟气的最下面。大量研究结果表明：火焰区轴线上的温度与距可燃物表面的高度无关，大体为一个常数；轴线上垂直向上的气流速度与距可燃物表面的高度的平方成正比；上升气流的直径与高度无关，也大体为一个常数。 2、间断火焰区 它处于热烟气的中间部位。其轴线上的温度与距可燃物表面的高度成反比；轴线上垂直向上的气流的直径与距可燃物表面的高度的平方根成正比。 3、无火焰热气流区 它处于热烟气的最上面。其轴线上的温度与距可燃物表面高度的5/3次方成正比；轴线上垂直向上的气流速度与距可燃物表面高度的1/3次方成正比；上升气流的直径与距可燃物表面的高度成正比。在实际计算中常采用如下简化公式进行计算： (4-1) 式中，为无因次速度；W为火馅轴线上垂直上升