热量的传导方式.pdf

热传递有热传导、热对流和热辐射三种基本方式。热传导与

热对流都需要一个中间介质，而热辐射则不需要。

热量从火焰传递到可燃物上，会导致可燃物热解、碳化或者

起火。热量传递的驱动力是能量差（温差），即热量总是从

高温向低温物体传递。

一、热传导

热传导属于接触传热，大量分子、原子或电子的互相撞击，

使能量从物体温度较高部分传至温度较低部分的过程。

同时加热一段铜管（左）、钢管（右），7分钟后，左边的

铜管温度上升至96℃，右边的钢管上升至30.6℃，这主要

是因为这两种材料的导热系数不相同。导热系数是物质导热

能力的量度，又称热导率。

例如，铜的导热系数是387W/mK，钢的导热系数是45.8W/mK，

而聚氨酯泡沫是0.034W/mK（常用于冷冻仓库）。

在这三者里面，铜是最佳的导热体，聚氨酯泡沫是导热性能

最差的导热体，也是热的绝缘体。

二、传导热通量

单位时间传递的热量可以用热通量表示，热通量也叫热流，

表示热能传递的速率。

流经导热体的热通量（热能/单位面积）取决于以下要素：

温差：温差越大，热传导速率越大（热流密度大）

传导距离：热传导距离越短，热传导率/单位面积（热流密

度）越高，距离越长，热传导率/单位面积（热流密度）越

低。

材料的导热系数：导热系数越高，热传导率/单位面积越高

（热流密度越大）。

在火场中，我们通常会通过门把手来预判屋内温度(建议用

热成像仪)，主要就是因为门把手通常都是铜制品，导热系

数高。

三、热对流

热对流是指在流体流动进程中发生的热量传递的现象。它是

室内火灾早期热传递的主要方式，热烟气（热对流）能向各

个方向传递热量。

例如给水加热，首先底部附近的水被加热，被加热的流体上

升，较冷的水下沉取代它。

火灾中产生的热气和它们流过的气体表面会发生对流传热，

气体的流速越高，对流换热的速率越大。

对流换热主要有两种形式：自然对流和强迫对流。

在自然对流中，气体在材料上流动的速度是由于气体表面和

气体之间的温差所产生的浮力引起热气流的流动。

上图为自然对流，我们可以看到烟气热对流对泡沫的影响。

强迫对流则是指流动在材料上的气体速度是由外部施加的

(例如外部风力，送风机，在对流烤箱中)。强迫对流是造成

风驱火一个重要的因素。关于风驱火，详见：风驱火，对消

防员的威胁到底有多大？

通常情况下，火场中通风孔洞面积愈大，热对流的速度愈快；

通风孔洞所处位置愈高，热对流速度愈快。

四、热辐射

物体因自身温度而发出辐射能的现象称为热辐射，所以当我

们靠近火源时，我们会感觉到热。

辐射传热不需要介质，如固体、液体和气体都可以辐射热量。

热量从燃烧区及烟火羽流中的热烟气（高于环境温度）向四

面八方辐射。

室内火灾中，火羽流热量与上层热烟气的热量相叠加，是引

起轰燃的主要原因之一，轰燃又是引燃空间内其他可燃物迅

速着火的主要原因。

我们接收到的辐射热主要取决于：

（1）火的温度

（2）火的大小

（3）离火的距离

（4）与火的相对方向

我们再来看辐射热的公式：

从公式我们可以看出，变量主要是T，也就是物质的绝对温

度。

物体辐射的热能量随其绝对温度的四次方而增加。高温会产

生更高的辐射热。木材着火的平均温度是：504°C（777K），

镁着火的平均温度是3100°C（3373K）。

同样大小的火，镁着火所释放的热量是木材的355倍。

辐射热随表面积增加而增加。

物体辐射热量与物体的表面积成正比地增加。

以上面3个火堆为例(我们假设它们的形状近似为圆锥形)：

第一个底直径1米，高1米;第二个直径2米，高2米;第

三个直径4米，高4米。

那么假设第1个产生1单位热量，第2个就产生8.4单位热

量，第3个就产生67单位热量。

接收辐射的热量与离辐射源的距离的平方成反比，也就是说

离火越远，收到的热辐射越小。

当距离增加1倍时，接收到的辐射热是原来的1/4。当距离

是原来的3倍时，接收到的辐射热是原来的1/9。所以当我

们靠近辐射源时，接收到的辐射热会迅速增加。反过来，把

距离缩短到1/3，那么就会接收原先9倍的辐射热。

物体所接收的辐射热量和与辐射源的相对方向也有关系。

上图两个纸板离火焰的距离是相同的。

但左边的纸板所接收的辐射热量要大于右边的。因为左边纸

板有大量的表面积垂直于火焰的辐射热量，而右边垂直于火

焰的表面积却非常有限。

那上图中两个纸板接收的热辐射强度是不是一样呢？答案

是：是的。

这里就引出了下面要讲的辐射热通量，也