火灾的发生与蔓延

据GB5907-86《消防基本术语》：火是“以释放热量并伴有烟或 火焰或两者兼有为特征的燃烧现象”。火灾就是“在时间或空间 上失去控制的燃烧所造成的灾害”。
2.1.2
火灾的分类
(1) 根据GB/T4968-2008《火灾分类》： A类火灾：指固体物质火灾。这种物质往往具有有机物的性质，一般在燃烧 时能产生灼热的余烬，如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等。 B类火灾：指液体火灾和可以熔化的固体物质火灾。如汽油、煤油、柴油、 原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等。 C类火灾：指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等。 D类火灾：指金属火灾，如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等。

走廊中的热 烟气流动

因热烟气的温度较高， 比重较低，与走廊中的 新鲜空气形成了明显的 分层流动状态，如图所 示。
• 热烟气层厚度计算模型：
m H '' =0.56 2 s b (0 - ) 其中：ms为热烟气的质量流量，b为走廊宽度，m；
1/3
0为新鲜空气密度，kg /m3 ;为热烟气密度.
有开口室内 的热烟气流 动

当火灾室有开口时，必 须考虑热烟气流的流出 量对热烟气层下降速度 的影响。此时，火灾室 的开口及流动状态如图 所示。

不同的火灾阶段，热烟 气流的流出量是不同的。 如果考虑对安全逃生时 间的影响，当热烟气层 超过开口下沿时，流出 的热烟气量与流入的新 鲜空气量相等。
中性面：室内外压强相等
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2.6.3 可燃微粒物的起火 可燃微粒物在一般情况下是堆积存放，堆积体积较 大，具有如下特点：松散，氧气容易渗入，对燃烧有利； 形状、尺寸不固定，只要有少部分火，将导致整体起火； 微粒物输送多采用气动力输运，导致微粒物悬浮成为悬 浮可燃微粒物，其起火浓度下限与微粒平均直径有关。 煤粉、面粉厂，棉、麻等纺织厂要特别注意微粒物的 浓度。 振动将使微粒物带电，微粒带电后将改变其着火性能。
2.5.1 阴燃特征分析
阴燃过程其燃烧反应发生在固体表面，阴燃过程与化学反应、换热过程、 气体流动、物质扩散、相变等因素有关。
图2.12 阴燃过程示意图
2.5.2 各种参数对阴燃状态的影响
(1) 可燃物种类的影响 一般质地松软、细微、杂质少、透气性好的材料阴燃性能好。 (2) 可燃物尺寸的影响 一般可燃物的尺寸较大，从上向下蔓延的阴燃与从下向上蔓 延的阴燃向有焰燃烧转变的可能性都增大。 (3) 氧气浓度的影响 对于向上蔓延的阴燃来，对阴燃向有焰燃烧转变有利。 对于向下蔓延的阴燃来向有焰燃烧转变更困难些，必须在较 高的氧气浓度下才行。 (4) 阴燃反应区的形状等特性参数对阴燃转变的影响 当底面积相同时，圆锥形反应区的表面积较圆柱形反应区的 表面积大，接收到的氧气较多，对燃烧反应有利，所以反应区 的最高温度较高，容易转变成有焰燃烧。
• 须分析热热烟气的受力状态，只有改变热烟气 的受力状态才能改变它的运动情况。 • 可以根据火灾室的实际情况，选择排烟通道和
2.7.2火焰与热烟气流热辐射引起的火 灾蔓延

大量的氢气火焰实验结果表明： 没有炭烟生成时，燃烧放出的热量中有10%通过热辐射向外传送； 有炭烟生成时，则通过热辐射向外传送的热量增加到20-45%。 火灾中的燃烧条件较差，一般都有大量的炭烟生成，所以通过热辐射 向外传送热量的份额会更大。因此必须考虑热辐射在火灾蔓延过程中 的作用。
2.4

可燃固体的起火
2.4.1 可燃固体的燃烧特征 可燃固体在起火之前，通常因受热发生热解、气化反应， 释放出可燃性气体，所以起火时仍首先形成气相火焰。
图2.8 固体可燃物的起火过程示意图
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2.4.2 可燃固体的热解、气化 在足够高温下，可燃性固体都会发生热解、气化，气体的释 放次序为： H2O、CO2、C2H6、C2H4、CH4、焦油、CO、H2。 1、木材的热解、气化 木材受热后，水分先析出，随后才发生热解、气化析出可燃性 气体。温度在260 ℃时，可燃气体析出量迅速增加，达闪点。 考虑透气性、导热系数原因，垂直木纹方向较顺木纹方向容易 起火。
2.7 可燃气体中的火灾蔓延
当可燃气体泄漏到空气中，与空气混合形成了预混可燃气， 一旦遇到着火源就起火燃烧，形成了气体可燃物中的火灾蔓延。 2.7.1 热烟气流引起的火灾蔓延
以建筑室内火灾为例，当某室起火燃烧后，就会有大量的热烟 气产生。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，造成火灾的蔓延。
(4) 违反安全操作规程。有焊割、烘烤、熬炼、化工生产、储存运输及其它。 (5) 吸烟。
(6) 生活用火不慎。
(7) 玩火。 (8) 自燃。
(9) 自然原因。如雷击、风灾、地震及其它原因。
(10) 其它原因及原因不明。
2.2 可燃气体的起火
2.2.1 起火条件
依据燃烧的三要素可知：起火是有条件的。
• 流入新鲜空气量计算模型：
2 3/2 in b0 Y m 2 g 0 ( 0 p ) 3
其中：b0为开口宽度；H 0为开口宽度；Y为中心带到开口下沿的高度；
0为新鲜空气的密度； p 为热烟气的密度。
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如果火灾室的开口与外界大气相通（普通的窗子），则应考虑热烟气流对火灾室 相应上层窗子及相邻建筑物的引燃作用，防止火灾的蔓延。 如果火灾室的开口与建筑物的走廊或其他房间相通，则应考虑热烟气在走廊、相 邻房间及整个建筑物内的流动，制订相应的防止火灾蔓延的对策。
va 0
有开口室内的热烟气流动
vb
out m in m
1 1 2 pa p va pb p vb 2 2 2
vc
out m in m
中性面位置？
• 热烟气的流出量计算模型：
out m
2 3/2 b （ 2 g 0 ( 0 p ) 0 H 0 -Y） 3
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随着热烟气层厚度的增加，热烟气对人体的危害越来越大。如果人的平 均高度定为1.7m，即H’=1.7m，则（H=1.7）所对应的时间即为安全 逃生时何。在此时间之后，因热烟气的作用，人会缺氧中毒而失去逃生 能力，导致人员伤亡。 可见热烟气层下降速度对火灾初期消防活动有重要作用。


根据液体可燃物所处的状态，其火灾蔓延可能有以下几种情况： 油池（油罐）火灾 油面火灾 含油的固面火灾 液雾火灾

描述油池（油罐）火灾最 重要的特征参数是液面下 降速度，即单位时间里油 品燃料的消耗量。大量的 实验结果表明：液面下降 速度与容器直径有关，如 图所示。
2.3.2
单个可燃液滴的起火
火焰前锋
T1
热
汽 蒸 流
r
s
流
Ts
蒸 汽
流
热 流
液滴表面
图2.6
液滴起火简化模型
2.3.3 炽热物体表面上液滴的起火


液滴寿命：从液滴与炽热物体表面接触开始到液滴消失（蒸发完毕）所 用的时间称为液滴寿命。 以苯为例：开始时，液滴寿命随着炽热物体温度升高而变短，在118℃ 时达到最小值，然后随着炽热物体温度升高而变长，在195 ℃时达到最 大值，以后随着炽热物体温度升高再次变短，在840 ℃时起火。
最简单的状况是可燃性气体与气体氧化剂(空气、氧气等)在某一个空间混 合，当混合气的浓度达到某一个范围之后，在一定的外部条件下，使化学反应 剧烈加速，该空间瞬时达到高温反应状态，此时对应的外部条件称为起火条件。 这种外部条件包含流体力学的许多参数，起火条件是化学动力学参数与流 体力学参数的综合函数。
2.2.2 热起火理论
Hale Waihona Puke 请在此输入您的标题
2、高分子材料的热解、气化和液化 使用激光对高分子材料加热，温度不断升高，热解、气化反应逐渐强化，并形成一束垂直于试 件表面的白烟，并逐渐变粗更加接近于表面只有3-4mm，着火形成预混火焰，最后扩散。 添加少量的四氯化碳CCL可以是燃烧的速度变慢形成阻燃剂。
2.5
可燃固体从阴燃向明火转变的特征分析
• 热辐射强度计算公式：
I P A P Tp4 式中： P A为受热面A上某点相对热烟气层的形态系数；
P为热烟气层的辐射率； 为波尔兹曼常量；Tp 为热烟气层的温度。
指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比称为该物体 的发射率
2.8 可燃液体中的火灾蔓延

2.6 特殊形状与特殊可燃固体的起火
2.6.1 薄纸片、布等固体可燃物的起火 厚度薄、面积大、总质量相对轻，热容量小，受热后升 温很快，容易达到热解、气化温度，容易起火。 薄片物体放置的位置方向起火特性：垂直放置状态与水 平放置状态相比，自然对流有利，改善了供氧气条件，起火延 迟时间就短些。 2.6.2 钠、镁等金属的起火 钠镁等轻金属在空气中可自然，需隔绝空气保存。 铝、铁、钛等虽在空气中不能燃烧，但在纯氧中可燃烧。 金属上方比下方燃烧更容易。
•
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一般室内的容积是有限的，随着热烟气的不断产生，热 烟气将很快充满整个室内上层空间。在充满整个上层空 间之后，随着热烟气的继续产生，将有一个相应的热烟 气层的下降速度。当热烟气层下降到开口处上沿时，热 烟气将向室外流动。随着热烟气流的流出，可能引起其 他室内可燃物的着火，造成火灾蔓延。 所以计算热烟气层的下降速度，对于安全逃生，组织灭 火活动等都是非常重要的。
图2.3 临界起火温度与可燃 气体浓度的关系
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起火界限曲线表明： 控制燃料浓度及环境温度、环境压力是防止着火的有效方法，在火灾防治中具有重要意义。
2.3
2.3.1
可燃液体的起火
可燃液体燃烧特点
可燃液体燃烧时，火焰并不紧贴在液面上，而是在空间的 某个位置。在燃烧之前，可燃液体先蒸发，其后是可燃物蒸汽 的扩散，并与空气掺混形成可燃混合气，起火燃烧后在空间某 处形成预混火焰或扩散火焰。