消防燃烧学

消防燃烧学第一章火灾燃烧基础知识第一节燃烧的本质和条件一、燃烧的本质（识记）燃烧是可燃物与助燃物相互作用发生的强烈放热化学反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。

游离基的链式反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

二、燃烧条件及其应用（简单应用）（一）燃烧条件燃烧的发生必须具备三个基本条件，即可燃物、助燃物和点火源。

1．可燃物（还原剂）如氢气、乙炔、乙醇、汽油、木材、纸张、塑料、橡胶、纺织纤维、硫、磷、钾、钠等。

2．助燃物（氧化剂）如空气（氧气）、氯气、氯酸钾、高锰酸钾、过氧化钠等。

一般‘3．点火源如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。

上述三个条件还需满足以下数量要求，并相互作用：(1)一定的可燃物浓度氢气的体积分数低于4%时，不能点燃；煤油在20℃时，由于蒸发速率较小，接触明火也不能燃烧。

(2)一定的助燃物浓度或含氧量例如，一般的可燃材料在氧气的体积分数低于13%的空气中无法持续燃烧。

(3)一定的着火能量即能引起可燃物质燃烧的最小着火能量。

(4)相互作用燃烧的三个基本条件须相互作用，燃烧才可能发生和持续进行。

（二）燃烧条件的应用根据着火三角形1．控制可燃物2．隔绝空气3．消除点火源4．防止形成新的燃烧条件，阻止火灾范围的扩大根据燃烧四面体1．隔离法2．窒息法3．冷却法4．化学抑制法第二节燃烧分类与燃烧基本过程一、燃烧分类（识记）按照参与燃烧时物质的状态分类：气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。

按照可燃物与助燃物相互接触与化学反应的先后顺序分类：预混燃烧和扩散燃烧。

按照化学反应速度：热爆炸和一般燃烧。

按照参加化学反应的物质：化合反应燃烧和分解爆炸燃烧。

按照反应物参加化学反应时的状态：燃烧可分为气相燃烧和表面燃烧按照着火的方式分类：自燃和点燃。

绝大部分物质的燃烧都属于气相燃烧。

物质燃烧剩余的残炭和金属物质的燃烧等是表面燃烧。

二、燃烧的基本过程（领会）（一）可燃固体的的熔化、分解或升华过程燃烧过程中发生熔化的主要是热塑性材料，塑料的熔化没有明确的熔点。

升华是指固体物质受热时直接转变为气体的过程。

如萘在受热时就会发生升华。

（二）可燃液体的蒸发过程液体表面不断发生着蒸发和凝结两个可逆过程。

在封闭容器中，蒸发和凝结过程最终会；并形成平衡蒸气压力或饱和蒸气压力。

温度越高，饱和蒸气压力越大。

（三）可燃气体与助燃气体的混合过程可燃气体与助燃气体相互接触时，它们之间才能发生化学反应。

这种混合过程既可能是相互扩散，也可能是流动引起的掺混。

（四）可燃气／助燃气体混合物的化学反应过程可燃气体与助燃气体的化是由众多的基元反应组成。

基元反应的反应速率服从质量作用定律和阿累尼乌斯定律。

根据质量作用定律，基元反应aA+bB-->eE+fF的反应速率为K---反应常数，其值等于反应物为单位浓度时的反应速率；a、b---反应级数。

第三节燃烧过程中的物理基础热量传递有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。

一、热传导热传导又称导热，属于接触式传热，是连续介质由于存在温差传递热量而又没有各部分之间相对的宏观位移的一种传热方式。

在流体中，尽管也有导热现象发生，但通常被对流运动所掩盖。

热传导服从傅里叶定律，即2（领会）q’’某----热通量，在单位时间，经单位面积传递的热量，(W/m2)；dT/d某---沿某方向的温度梯度，(℃/m)；K---导热系数，[W/(m．K)]二、热对流热对流又称对流，是使流体各部分之间发生相对位移，由于在流体中存在温度差，所以也存在导热现象，但导热在整个传热中处于次要地位。

常把具有相对位移的流体与所接触的固体壁面之间的热传递过程称为对流换热。

牛顿冷却公式（领会）q”---单位时间内，单位壁面积上的对流换热量，(W/m2)。

ΔT---流体与壁面间的平均温差，(℃)；h---表面传热系数，表示流体和壁面间温度差为1℃时，单位时间内壁面和流体之间的换热量，[W/(m．℃)]三、热辐射辐射是物体通过电磁波来传递能量的方式。

辐射力定义为单位时间内物体的单位表面积向周围半球空间发射的所有波长范围内的总辐射能，用E表示，单位为W/m2。

在所有物体中，同温度下辐射力最大的物体称为黑体。

黑体的辐射力服从斯蒂芬-玻耳兹曼定律（领会）Eb---黑辐射能力；σ---斯蒂芬—玻耳兹曼常数，其值为T---表面的绝对温度(K)。

3．四、燃烧过程中的质量传递（一）物质扩散（识记）面积上流体A扩散造成的物质流与在B中流体A的浓度梯度成正比（二）燃烧引起的浮力作用（综合应用）火灾现场、燃烧区附近的气体都在流动，这个物质流称为整体物质流。

产生这种整体物质流的原因有强迫对流（例如机械通风）以及自然对流，即燃烧引起的浮力作用。

流体平衡方程有如果管道内温度高于管道外，即T>T0，则1）管道H越高，管管道下端1-1平面上的压力差(p-p1)越大，烟囱效应越显著。

2）管道内外温差越大，热空气与冷空气的密度差越大，管道下端1-1平面上的压力差也就越大，烟囱效应越显著。

烟囱效应对高层建筑发生火灾时的危害特别大。

在发生火灾时，楼梯通道、电梯井如不采取防火措施，就会起到烟囱的作用。

火灾时烟气的垂直流动速度可达2-4m/，几十层的大楼不到1min就会充满热烟气。

第四节燃烧热及燃烧温度一、热容摩尔热容是试验测定的一种基础数据，是Imol物质在非体积功为零的条件下，仅因温度升高1℃所吸收的热。

用Cp表示一定量的物质从温度T1升高到T2时平均每升高1℃所需要的热量，用Cp，表示，则恒压热Qp为V---物质的体积(m3)。

平均热容的数值与温度范围有关。

二、燃烧热（识记）如果体系发生反应，参加反应的各种物质在化学成分发生变化的同时，会伴随着系统内能量分配的变化。

这种反应前后能量的差值以热的形式向环境散失或从环境中吸收，散失或吸收的热量就是反应热。

对于燃烧反应，反应热等于燃烧热。

根据化学热力学理论：4对于定温恒压过程，反应热等于系统的焓变；对于定温定容过程，反应热等于系统内能的变化。

三、热值的计算（领会）所谓热值是指单位质量或单位体积丁燃物完全燃烧所放出的热量，通常用Q表示。

对于液态和固态可燃物，表示为质量热值Qm(kJ/kg)；对于气态可燃物，表示为体积热值Qv(kJ/m3)对于液态和固态可燃物M---液态或固态可燃物的摩尔质量(g/mol)；ΔHc---摩尔燃烧热(kJ/mol)。

对于气态可燃物是高热值（QH）就物中的水和氢燃烧生成的水以液态存在时的热值；低热值(QL)就是可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。

在研究火灾的燃烧中，常用低热值。

很多可燃物，分子结构很复杂，摩尔质量很难确定。

通常用经验公式计算。

最常用的有门捷列夫公式QH=4.18某[81C+300H-26某(O-S)]QL=QH-6某(9H+W)某4.18四、燃烧温度的计算可燃物在燃烧时放出的热量，一部分被火焰辐射掉，大部分消耗在加热燃烧产物上。

燃烧产物所具有的温度，也就是物质的燃烧温度。

第五节烟气的产生及其危害一、烟气的产生燃烧反应物的混合基本上由浮力诱导产生的紊流流动控制，其中存在着较大的组分浓度梯度。

材料的化学组成是决定烟气产生量的主要因素。

碳氢比值越大，产生烟的能力较大，可燃物分子结构对碳烟的生成也有较大影响。

环状结构的芳香族化合物（如苯、萘）的生碳能力比直链的脂肪族化合物（烷烃）高。

氧气供给速率是影响燃烧发烟量的另一个重要因素。

氧供给充分，碳原，烟雾较小；氧供给不充分，碳粒子生成雾很大。

二、烟气的主要成分（识记）5（三）链式反应着火条件1．链式反应中的化学反应速度链式反应理论认为，反应自动加速并不一定要依靠热量的积累，也可以通过链式反应逐渐积累自由基的方法使反应自动加速，直至着火。

自由基的生成速度用W1表示，由于引发的过程很困难，故W1一般比较小。

设在链传递过程中自由基增长速度为W2，W2=fn，f为分支链生成自由基的反应速度常数。

由温度升高，f值增大，即活化分子的质量分数增大，W2也就随着增大。

链传递过程中因分支链引起的自由基增长度W2在自由基数目增长中起决定作用。

设自由基销毁速度为W3正比于n，写成等式为W3=gn，g为链终止反应速度常数。

由整个链式反应中自由基数目随时间的变化的关系为dn/dt=W1＋W2－W3=Wi＋fn－gn=Wi＋(f－g)n令＝f－g，则上式可写成dn/dt=W1＋n2．着火条件引发自由基数目变在链引发过程中，自由基生成速率很小，可以忽略。

引发自由基数目变化的主要因素是链分支引起的自由基增长速度W2和链终止过程中的自由基销毁速度W3。

在<0的情况下，自由基数目不能积累，反应速度不会自动加速，而只能趋向某一定值，因此系统不会着火。

系统温度升高，W2加快，W3可视为不随温度变化，这就可能出现W2＝W3的情况。

反应速度将随时间呈线性增加，而不是加速增加，所以系统不会着火。

系统温度进一步升高，W2进一步增大，则有W2>W3，即＝（f－g）>0。

反应速度将随时间呈指数形式加速增加，系统会发生着火。

只有当>o时，即分支链形成的自由基增长速度W2大于链终止过程中自由基销毁速度W3时，系统才可能着火。

=0是临界条件，此时对应的温度为自燃温度，在此自燃温度以上，只要有链引发发生，系统就会自发着火。

（四）链式反应理论中的着火感应期链式反应中的着火感应期，有三种情况：1)<0时，系统的化学反应速度趋向于一常量，系统化学反应速度不会自动加速，系统11不会着火，着火感应期т=∞。

2)>0时，着火感应期т减小3)=0是一种极限情况，其着火感应期是指W产=W0的时间。

第三节几种典型物质的自燃一、易自燃的化合物与单质（一）与水作用发生自燃的物质1．活泼金属例如锂、钠、钾、铷、铯、钙、钠汞齐、钾钠合金等。

它2．金属氢化物主要有氢化钾、氢化钠，四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等。

这娄3．硼烷硼烷有20多种，因其特殊的缺电子结构，易与水中的羟基结合形成路易斯酸，同时放．出氢气，产生大量的热，引起自燃。

4．金属磷化物例如磷化钙、磷化锌，它们与水作用生成磷化氢，磷化氢在空气中容易自燃，反应式为5．金属碳化物如碳化钾、碳化钠、碳化钙、碳化铝等。

6．金属粉末主要有锌粉、铝粉、镁粉、铝镁粉等。

7．保险粉单名为连二亚硫酸钠(Na2S204)，分，保险粉是一种强还原剂。

遇水反应能自燃的物质遇酸同样会发生反应，而且反应更剧烈，发生自燃的危险性大。

（二）在空气中能自燃的物质这类物质主要有黄磷、烷基铝、硝酸纤维素制品、有机过氧化物等物质。

根据硝化纤维素中的含氮量进行分类，氮的质量分数在10.5%-12.5%的属易燃物质，氮的质量分数在12.5%以上的肩爆炸物质。

赛璐珞由硝化纤维、樟脑、乙醇制成，它和硝化纤维一样容易自燃。