最新7火灾蔓延综合分析汇总

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。
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1015mm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。
按照相对速度的大小，可以分成三个不同的区域：
I区：u∞≤85cm/s，属于自然对流范围。相对速度增
加时，火蔓延速度下降。在每一种相对速;u∞<125cm/s，在此速度范围内，火焰很
不稳定，纸中间部分的火蔓延速度忽快忽慢，纸两边的 火蔓延速度比中间的慢很多，火焰的整体形状变尖；
III区：u∞≥125cm/s，火焰蔓延速度进一步下降，但
均匀了，也就是说边上与中间的火蔓延速度基本相同， 但有局部加速的现象。如果速度再增加，就会发生熄火 现象。
为了分析上述现象，需要对纸面附近的气相温度及分 布进行研究。为此，在距离初始着火10cm、距离纸面 0.1cm处，安装一支热电偶。对应I区、II区和III区的实 验条件，测得相应的温度—时间曲线。结果表明：在I 区未燃侧受火焰前峰高温气体的预热作用明显，气相温 度变化并不很规则、但总的趋势是温度不断升高；在II 区里高温气体的预热作用呈周期性变化，其原因是高温 气体与环境气体交替流过该处所致；III区里高温气体的 预热作用只限于紧靠火焰前峰的一小部分，其他部分几 乎不受预热影响。对火焰前峰附近流场的进一步观测结 果，证实上述分析是正确的。
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。
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。这种固体可燃物厚度很小，但是面 积很大，总的质量不大，热容也不大，受热后升温很快。大量的 研究结果表明：薄片固体可燃物的质量燃烧速度等于固体可燃物 的气化速度，而固体可燃物的气化速度与外部向固体可燃物的传 热量有关。图2-27为某些薄片固体可燃物的质量燃烧速度与外 部向固体可燃物的传热关系曲线。
7火灾蔓延综合分析
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。
尽管薄片固体可燃物的种类不同，但与传热量基本都呈线性 关系。这实质上反映了温度对燃烧过程的影响，碳片的燃烧实验 结果也证实了这点。当温度在1000oC以下时,碳片燃烧只有表面 反应，所以相应的温度分布、氧气浓度分布和二氧化碳浓度分布 如图（a）所示；当温度在1000oC以上时，碳片燃烧除表面反应 之外，还有空间反应，所以相应的特性曲线如图（b）所示。上 述结果可以用来预侧，贴在墙上的纸着火之后的蔓延速度，窗帘 着火之后的蔓延速度等。
（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。
（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。
图 不同温度下碳片燃烧的特性曲线
薄片固体可燃物在燃烧过程中，温度是不断变化的， 这必然引起自然对流及传热过程的变化，最后又影响到 燃烧过程的变化。由此可见，温度是整个过程的关键参 数，对燃烧过程直接影响的参数是相对速度。所以对火 蔓延速度与相对速度的关系进行研究是必要的。下图位 纸的平均火蔓延速度与相对速度的关系。
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。
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。