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轰燃的形成机理

发布:www.chinajyzb.com.cn | 日期:2018-12-25 | 浏览次数:    字号:
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空气供给充足使得火灾持续发展。热量在烟气层积聚,烟气层对房间下部的辐射增强。这个过程不断加速,最终导致轰燃。

建筑内的轰燃有时会导致人员死亡,所以了解轰燃变得十分重要。

理论上来说,当火灾从初期发展阶段发展到轰燃阶段时,建筑内的人员不可能生还。因此在轰燃之前将火灾扑灭是十分重要的。

轰燃定义

ISO关于轰燃的定义如下:

室内所有可燃物的表面都开始燃烧的瞬间过渡状态。

 

然而,这一定义可以扩展得更加详细,因此我们阐释如下:

在室内火灾中,由于火焰、热烟气和热墙体表面的辐射,使起火房间内所有可燃物表面都开始热解的阶段。火灾由增长阶段转变到恒定全面燃烧阶段的瞬间状态即为轰燃。

轰燃会导致火灾的全面发展。

A可以表示火焰到达顶棚的状态,到点B就已进入全面发展阶段。

通常A点到B点的时间会非常短,甚至只有几秒。很多因素都会影响这段时间的长度。

轰燃也可以用来描述房间由局部火灾到全面火灾的过渡时间。

假设火灾在初始阶段是燃料控制型的(也就是说房间有开口)。

当轰燃发生时,房间内的热解产物在缺氧状态下不能立即燃烧,火灾由燃料控制型转变为通风控制型。

未完全燃烧的气体会在房间外发生燃烧,这可以从火焰的外形看出。

在一个有门的标准尺寸房间内,发生轰燃所需的热释放速率为500—1000kW,而沙发燃烧时的热释放速率为1000—2000kW。

轰燃发生的条件

它主要取决于房间尺寸,墙壁的热性能及通风面积,同时也取决于燃料的数量及表面积。

轰燃发生时,热烟气层的温度可以在450-771℃之间,但绝大多数情况下在600-700℃之间。

一般来说,当热烟气的温度超过600℃时,绝大多数人认为轰燃已经发生。

实验观察证明,地面的辐射热通量必须接近20 kW/m2并且顶棚下(顶棚高度约为2.5-3.0m)的热烟气层温度必须达到约600℃,轰燃才能够发生。

在这一阶段,室内的辐射热通量以极快的速度上升,导致可燃物表面热分解加剧。

大部分实验是在不同开口面积的房间内进行的。

热释放速率

热释放速率既由氧气的供应量决定又由燃料的质量损失速率决定。

当氧气充足,火灾大小由燃料的质量损失率决定时,这种火灾被称为燃料控制型火灾。

当氧气不足,热释放速率随之受到影响时,这种火灾被称为通风控制型火灾。

热释放速率决定了各种装备能够扑灭的火灾规模。举例来说,消防员都或多或少地扑灭过热释放速率在15-20MW的火灾,这一数值比普通房屋火灾的热释放速率要高。

能够做到这一点取决于消防员手中的装备以及消防员自身的能力。

质量损失速率由以下决定:

1、火焰的传播和点燃(火灾初始面积的增大)

2、在特定燃料表面更猛烈的燃烧

当材料被引燃时,可燃墙壁内衬材料会导致火焰以极快的速度传播,并在顶棚下形成扩展火焰。房间内的热辐射水平将急剧攀升,室内会立即发生轰燃。

不管材料处于什么位置,致使材料质量损失速率增大的原理是相同的。当热释放速率增加时,火焰传播能够引发轰燃。

在过去几年发生的重大火灾事故中,火灾的蔓延速度都极快。例如,伦敦国王十字地铁站火灾及都柏林星辰俱乐部迪厅火灾,许多人在其中丧生。

室内火灾中,顶棚下方会形成烟气层。

如果烟气不能够从开口流出室外,则房间上部将充满烟气。这些烟气以及房间上部热表面产生的辐射热,会影响燃料以及其他可燃物的表面。

这会使已经燃烧的物体表面的质量损失速率增大,并会对那些潜在的可燃物加热。使火灾规模扩大,而火灾规模扩大又会使得室内温度上升从而又加大了热辐射,二者不断相互作用。

外部的热辐射也会助长火灾蔓延。如果着火房间内部有充足的燃料,火焰将会传播地更快。

发生在烟气层的燃烧是轰燃阶段的一个典型现象。通常烟气层燃烧之后,紧接着就会发生轰燃。

我们在之前讨论了烟气层的火焰并指出它们属于扩散火焰。

如果烟气层中含有未完全燃烧烟气,这将导致燃烧,并使得外部热辐射强度显著提高。

当氧气供应不足时,会积累未完全燃烧烟气。氧气越少,未完全燃烧烟气就越多。同时也会产生大量热解产物,这些热解产物主要来自可燃顶棚材料。

当火焰发展到一定规模时,火焰上部将穿过烟气层到达顶棚。当火焰上部到达顶棚时情况就十分危急了。

当火焰沿着顶棚蔓延时,房间下部就会受到大量的热辐射。当顶棚下方烟气层的温度达到约600℃时,就可能发生轰燃。

当烟气层厚度增加并下沉时,对于烟气层上方的火焰来说,氧气供应量将会下降,燃烧效率降低。

由于热的火羽将穿过烟气层,烟气层的温度将会升高,燃烧过程将加剧,火焰变长,这会使更长的火焰穿过富含未完全燃烧气体的热烟气层。

同时,氧气含量将降低直到烟气层被彻底耗尽。

这将极大地增加辐射强度,使质量损失速率增加。这个阶段刚好在轰燃发生之前。

烟气层的燃料越多,火焰沿着烟气层下表面燃烧的可能性越大。

另一个关键因素是起火房间内燃料的布置方式。

这会决定火灾后室内空气的流动情况。

如果顶棚的外层是可燃材料,那么在靠近顶棚的位置就会形成富含燃料的混合物,这将增大火焰沿烟气层下表面燃烧的可能性。

此外,观察火焰在房间内的确切位置也是很困难的,因为厚的烟气层使得火焰难以被看见。

只要烟气层被点燃了,不论火焰在什么地方,房间内的热辐射水平都会升高。

来源:橙色救援

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