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[工学]7火灾蔓延综合分析

防火防爆 河南工业职业技术学院 三、可燃固体表面的火灾蔓延 相对于气体可燃物和液体可燃物而言,固体可燃物的燃烧过程比较复杂。因此,固体可燃物的火灾蔓延过程也比较复杂。 (一)塑料棒的火灾蔓延 为了简化问题,先以塑料棒或板等单一试件为例,分为三种情况:上端着火,火向下蔓延;下端着火,火向上蔓延;中间着火,火向两边蔓延。中间着火实际上就是前面两种情况的综合,这里不单独介绍。图2-20为上或下端着火后,火蔓延的过程图。 从图可以看出,着火的部位不同,传热情况不同,所以火蔓延的速度也不同。在无相对风速条件下,下端着火、火向上蔓延时,因燃烧后的高温燃气流经未燃烧部分的表面,所以对流换热作用很强,未燃烧部分通过对流传热能从高温燃气得到更多的热量,对未燃烧部分的热解、气化有利,因此火的蔓延速度快;而上端着火,火向下蔓延时,因为高温烟气不流经未燃烧部分,对未燃烧都分的传热量少,因此火的蔓延速度就慢。 (二)板的火灾蔓延 板的厚度对火蔓延速度有较大影响。当板厚较小时,向预热区的传热方式主要为气相传热;当板厚较大时,向预热区的传热方式主要为固体内部传热。传热方式的变化导致火蔓延速度的变化。图2-21为有机玻璃板火蔓延速度与厚度的关系。板厚度增加,火蔓延速度减小;板厚度超过某一值后,火蔓延速度趋于某一常值。 根据火蔓延速度(VF)、板厚度、板表面温度(Ts)三者之伺关系的研究结果,在板厚度较小时,火蔓延速度与固体可燃物的气化温度(Tv)同固体可燃物的表面温度差(Tv-Ts)成反比;在板厚度较大时,火蔓延速度(VF)与 (Tv-Ts)2 成反比。这说明:对于厚度大的固体可燃物,其表面温度对火蔓延速度有显著影响。 下图为下端着火,向上蔓延火的热分解、气化区的扩大速度(Vp)与着火距离之间的关系。 图中所示的实验结果表明:热分解、气化区的扩大速度随着火距离的增大而增大。火焰在距离着灭点10-15mm处从层流火焰转变为湍流火焰,以后热分解、气化区的扩大速度(火蔓延速度)随着火距离(x)成正比增大。这充分体现了已燃高温燃气的预热效果,而这种效果是一种综合效果,需要注意各种参数之向的相互关系。 当改变材料的种类时;固体可燃物内部热流的分布规律变化不大,但相对位置和绝对值都有明显的变化。这表明:火焰形状和最高温度都有变化,并引起传热关系的变化,特别要注意对流传热项相对重要性的变化。 前面所讨论的塑料棒或板的燃烧,只涉及到材料的儿何形状、着火位置、环境条件等对燃烧过程的影响,而役有考虑燃烧过程中固体可燃物受热后液化或结焦的影响。受热后液化的可燃物,其燃烧特性其有液体燃料燃烧特性。受热后结焦的可燃物,会在表面形成一层焦壳,焦壳一般都具有较强的隔热性,可使内层物质不受高温的影响。所以对上述两种情况燃烧特性的讨论必须结合可燃物的性能进行。由于可燃物种类繁多,使得此项工作难进行,目前多采用实验测量办法给出实验数据。 由于实验中采用的试件尺寸较小,用于大试件时应作适当修正,必须考虑热辐射的影响。尤其在环境氧气浓度较大时:燃烧速度较快、火焰温度较高,燃烧放出的热量较多地返回可燃物表面,起到使燃烧速度加快的作用;另外,因挥发份产生速度的增加,在可燃物表面形成了一层挥发份,这层挥发份吸收了火焰的辐射热,同时挥发分的流动又降低了可燃物表面的对流传热,所以还有减慢燃烧速度的作用。 (三)木材等天然固体可燃物表面的火灾蔓延 火焰沿横纹方向的蔓延速度大于顺纹方向的蔓延速度,大约1.3倍。在森林火灾和建筑火灾中的木质可燃物,沿横纹方向烧损程度往往比较严重,就是这个道理。因此,木材的烧损程度应当用烧痕的深度来表示,而不宜用烧痕的面积来表示,这对判断过火林木的使用价值有重要意义。 木材尺寸(可理解成树木的年龄)、木条倾斜角、树种等都对火蔓延速度有显著影响。在木条有倾斜角时,木条横截面的高度与厚度对火蔓延速度的影响并不相同。厚度增加时,火蔓延速度下降;高度增加时,火蔓延速度增加。这是因为高度增加时,相当于垂直方向的长度增加,所以火焰对上部木条的预热作用加强,导致火蔓延速度增加。 环境温度升高时,因木材的热解、气化速度迅速增加,火的蔓延速度也相应迅速增加。在大面积森林火灾中,局部可能形成这样的高温环境,使得着火的危险性和火灾蔓延速度增加。 (四)薄片(纸等)固体可燃物表面的火灾蔓延 薄片(纸等)固体应用很广,一旦着火燃烧,火的蔓延规律又独具特色,所以单独作些介绍。这种固体可燃

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