消防燃烧学chapter12

1、所有火灾的主要和基本现象是燃烧。除了组成和结构简单的可燃气体外，大多数可燃物质的燃烧本身不是燃烧，而是气体或液体蒸汽在气相中热分解释放的燃烧，这是极其复杂的。为了简化问题，通常只考虑物质由于加热而产生的最基本的燃烧过程。可燃物质的加热燃烧过程如图1-3所示。图1-4物质燃烧过程的温度分布图图1-3物质燃烧过程的示意图，第2节燃烧过程的基本参数和燃烧速率理论，I，物质燃烧过程及其温度分布*，ii，燃烧过程的基本参数，iii，燃烧速率理论，由于可燃物质的聚集状态不同，加热引起的燃烧过程也不同。气体是最容易燃烧的，其燃烧所需的热量仅用于其自身的氧化分解，并使其达到燃烧的燃点；固体和液体可燃物的燃烧实

2、际上开始于固体和液体表面的冷凝相，结束于气体火焰。当液体燃烧时，在火源的作用下，它首先蒸发成蒸汽，然后蒸汽被氧化和分解，然后在气相中燃烧。在固体燃烧中，如果硫、磷、萘和其他简单物质被加热熔化或升华，然后蒸发成蒸汽，氧化后燃烧，没有分解过程。如果是复杂的化合物，如聚合物、木材、煤等。当加热时，它将首先分解，分离出气态和液态产品，然后气态和液态产品的蒸汽将被氧化和点燃。可燃物质的燃烧过程包括许多吸热和放热的化学过程和传热的物理过程。当一种物质被加热燃烧时，它的温度变化非常复杂。燃烧过程中的温度变化见图1-4。a点的温度为t a，即可燃材料开始加热的温度。在这个初始阶段，外界提供的热量主要用于熔化、

3、蒸发和分解可燃材料，可燃材料的温度缓慢上升。B点的温度是100摄氏度。当可燃物达到结温时，它开始氧化并在冷凝阶段释放热量。但是，由于温度低，氧化速度相对较慢，氧化产生的热量不足以抵消系统对周围环境的影响，第2节：燃烧过程的基本参数和燃烧速度理论，第1节：材料燃烧过程及其温度分布*，第2节：燃烧过程的基本参数，第3节：燃烧速度理论，环境损失的热量。这时，如果热源被移走，可燃物会降低温度，燃烧不会发生。如果在热环境中继续加热，由于氧化反应的逐渐加速，温度将上升得更快。C点的温度是摄氏度。当可燃物的温度上升到温度系数时，可燃物氧化产生的热量等于系统散发到环境中的热量，也就是说，系统产生的热量和散发到

4、环境中的热量在温度系数温度下达到干平衡。如果热源的温度受到轻微干扰，导致系统温度略高于温度系数，热平衡将被打破。这时，可燃材料氧化产生的热量大于系统散发到环境中的热量，系统产生热量积累，温度将继续上升。因此，温度系数是从不燃烧到燃烧的转折点，即可燃物质的燃点。D点的温度是t D。当可燃物温度上升到TD时，可燃物已经燃烧，同时出现火焰，温度继续上升。e点的温度为t e，即燃烧后可燃产品达到的最高温度。可燃气体是指热空气和热空气之间的受热面积，以及热空气和热空气之间的冷凝相可燃气体的反应面积。温度是指可燃物质在气相中的反应面积。在温度达到临界温度后，可燃物将产生火焰，反应物将变成产物，温度将达到最

5、高燃烧温度TE。第2节火灾过程的基本参数和燃烧速率理论，1。因此，火灾本身是不同的，一些火灾参数需要研究和讨论。闪点、燃点、自燃点、热分解温度、氧指数(为什么只有固体)可燃固体有各种燃烧模式，包括蒸发燃烧、分解燃烧、表面燃烧、阴燃和动力爆炸。由于固体的燃烧特性复杂，反映可燃材料着火能力的指标很多，主要包括：1。闪点和某些低熔点可燃固体的闪点为闪点的最低温度；固体燃点是指可燃固体被加热到一定温度，遇明火持续燃烧时的最低温度。闪点和燃点是评价固体火灾危险性的重要参数。一般来说，闪点和燃点越低，火灾风险就越大。表1-1和1-2分别列出了一些聚合物材料的闪点和燃点。1，物质燃烧过程及其温度分布，2，着

6、火过程的基本参数*，3，燃烧速度理论，第2节，着火过程的基本参数和燃烧速度理论，表1-1一些聚合物材料的闪点表1-2一些固体可燃材料的燃点，1，物质燃烧过程及其温度分布，2，着火过程的基本参数*，3，燃烧速度理论，第2节，着火过程的基本参数和燃烧速度理论，2。热分解温度固体热分解温度是指可燃固体热分解的初始温度，是评价固体热分解火灾危险性的主要参数之一。可燃固体的热分解温度越低，火灾风险就越大。表1-3列出了几种常用聚合物的分解温度。表1-3几种常用聚合物的分解温度(), 1。材料燃烧过程及其温度分布，2。火灾过程的基本参数*，3。燃烧速度理论，2。燃烧过程和燃烧速度理论的基本参数。自燃点可燃

7、固体在加热到一定程度时能够自动燃烧的最低温度是自燃点。固体的燃点越低，越容易燃烧，因此火灾风险越大。然而，当固体材料用作装饰材料时，它们通常不能达到它们的自燃点。因此，在这种情况下，自燃点不被用作确定火灾风险的基础。表1-4列出了一些聚合物材料的闪点和自燃点。表1-4某些聚合物材料的闪点和自燃点()，1。材料燃烧过程及其温度分布，2。火灾过程的基本参数*，3。燃烧速度理论，2。燃烧过程和燃烧速度理论的基本参数。4.氧指数所谓的氧指数是指混合气体中最低氧含量的体积分数，在特定的实验条件下，混合气体仅维持材料的燃烧。氧指数是评价各种物质相对燃烧性能的一种方法。氧气指数越小，燃烧过程中对氧气的需求越

8、小，或者燃烧过程中氧气浓度的影响越小，因此火灾风险越大。氧指数的测定方法简单易行，但试验结果不能反映材料在真实火灾条件下的火灾行为，因此不能作为评估实际使用条件下火灾危险性的依据。然而，判断材料(塑料、橡胶等)的燃烧难度是非常有效的。)与空气中的火焰接触时。它可以用来分级材料的燃烧难度。实验结果也可用于消防安全设计、消防审核、技术监督等。表1-5列出了一些常见聚合物材料的氧指数。表1-5常用高分子材料的氧指数，1。材料燃烧过程及其温度分布，2。火灾过程的基本参数*，3。燃烧速度理论，2。燃烧过程和燃烧速度理论的基本参数。燃烧速度一旦可燃固体被点燃，火焰将在其表面或浅层蔓延。为了保持稳定的燃烧，

9、系统获得的热量必须至少等于系统散发到环境中的热量。根据能量守恒定律，可以得到下列能量守恒方程：(1-1)它由辐射热通量和对流热通量组成，它们的份额随燃烧面积的大小而变化。除了燃烧火焰不亮的固体，如聚甲醛，在大面积(直径大于1米)，从火焰到固体表面的热传递主要是辐射。表1-6显示了在模拟实验条件下一些可燃固体的、和Gs。一、物料燃烧过程及其温度分布。火灾过程三的基本参数。燃烧速度理论2。燃烧过程和燃烧速度理论的基本参数。表1-6。在模拟实验条件下，吕和Gs。一、物料燃烧过程及其温度分布。火灾过程三的基本参数。燃烧速度理论。第二节燃烧过程和燃烧速度理论的基本参数，如果外部提供给固体表面的热通量在点

10、火后被除去，可燃固体的燃烧速度可以通过以下公式计算：(1-3)如果外部提供的能量完全用于平衡热损失，则获得的燃烧速度是理想的燃烧速度，即(1-4)在实际的火灾中，由于这一点，它实际上是固体在稳定燃烧期间可以达到的最大燃烧速度。在许多情况下，人们对燃烧速率、放热速率和影响燃烧反应的因素非常感兴趣。为了便于讨论，引入了反应速率的概念。假设可燃气体A和氧化剂B在一定条件下反应，生成的产物为M和N，同时释放的热量为q(1-5)。反应速度可用可燃气体或氧化剂的消耗率或燃烧产物的产率来表示。(1-6)速率之间存在以下关系：(1-7)上述公式中的值是唯一的，通常称为系统反应速率，用于测量燃烧反应的速度。根据

11、质量作用定律，如果上述反应是一个原始反应，即反应物分子在碰撞后不能转化为产物分子，则反应速率可由下式表示：(1-8)K是反应速率常数，它与温度和反应活化能有关；a和B称为反应浓度指数，两者之和称为反应级数。首先，物质的燃烧过程及其温度分布；第二，火灾过程的基本参数；第三，燃烧速度理论；二是燃烧过程的基本参数和燃烧速度理论；第三，温度对反应速度的影响集中在反应速度常数k上，阿伦尼乌斯提出了反应速度常数k与温度的关系：(1-9)E活性是反应活化能，r是气体常数，Ko是频率因子，其值等于碰撞频率与概率因子的乘积。将上述公式代入公式(1-8)得到：(1-10)燃烧反应是非基本反应，但其反应速度可用类似

12、的公式表示：(1-11)Kos称为表观燃烧反应速度常数；e活性是燃烧反应的表观活化能，可以通过实验得到。对于一般的碳氢化合物燃烧，xy1。因此，燃烧反应速度与可燃物和氧化剂的浓度有关。燃烧反应随着反应物浓度或温度的增加而增加。这可以用反应分子碰撞理论来解释：浓度越高，每单位体积的反应物分子越多，每单位时间的分子间碰撞次数越多；温度升高后，处于“激发态”的活性分子数量增加，有效碰撞的数量增加。1，物质燃烧过程及其温度分布，2，着火过程的基本参数，3，燃烧速率理论*，第二节着火过程的基本参数和燃烧速率理论，Kos表示表观燃烧反应速率常数；e活性是燃烧反应的表观活化能，可以通过实验得到。对于一般的碳氢化合物燃烧，xy1。因此，燃烧反应速度与可燃物和氧化剂的浓度有关。燃烧反应随着反应物浓度或温度的增加而增加。这可以用反应分子碰撞理论来解释：浓度越高，单位体积内反应物分子的数量越多，分子间的数量越多对于消防工作来说，所研究的燃烧过程通常发生在常压下，因此了解浓度和温度对燃烧反应速度的影响尤为重要。由于燃烧反应产生的热量与反应物的量成正比，预混