第 6 章 1 可燃固体的燃烧

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对于一定厚度无限大固体，可用下式估算： 对于一定厚度无限大固体，可用下式估算：
& = εσT 4 + K ⋅ TS − T0 Ql i αt
Gcr与 ϕ 有如下关系： 有如下关系：
h 3000 Gcr = ⋅ 1 + c ϕ ⋅ ∆H C

h为火焰和固体间的对流换热系数，c为空气热容量 为火焰和固体间的对流换热系数， 为空气热容量 为火焰和固体间的对流换热系数
常见高分子物质的自燃点
物质名称 棉花 报纸 白松
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自燃点（℃） 物质名称 255 230 260 聚乙烯 聚氯乙烯 有机玻璃
自燃点（℃） 349 454 450～462
物质名称 聚酰胺 醋酸纤维素 硝酸纤维素
自燃点（℃） 424 475 141
氧指数测定仪
1—试样； 试样； 试样 3—点火器； 点火器； 点火器 5—支架； 支架； 支架 7—钢底盘； 钢底盘； 钢底盘 2—夹具； 夹具； 夹具 4—金属丝网； 金属丝网； 金属丝网 6—柱内玻璃珠； 柱内玻璃珠； 柱内玻璃珠 8—三通管； 三通管； 三通管
(τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT dt = A ⋅ h ⋅ (T∞ − 2T + T0 )
T0
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T∞
T∞ − T0 ⋅ ln ti = T + T − 2T h i ∞ 0
τρc
（4）当物体一面受热通量为的辐射加热，另一面绝热时 ）当物体一面受热通量为的辐射加热， 假设物体吸收率为α，在时间间隔 内 假设物体吸收率为 ，在时间间隔dt内，能量平衡方程可写成
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6.1.3.2 固体火焰传播理论
燃烧起始表面 — 指固体火焰传播时正在 燃烧的火焰与未燃物质 之间的界面， 之间的界面，穿过该界 面的传热速率决定了火 焰传播或火灾蔓延的速 度。 V
& Q
根据能量守恒方程， 火焰传播的基本方程” 根据能量守恒方程，“火焰传播的基本方程”为
& ρ ⋅ V ⋅ ∆h = Q
T∞ − T0 ⋅ ln ti = T −T h i ∞
τρc

（3）如果物体单面受热，另一面不绝热 ）如果物体单面受热，
A ⋅ h ⋅ (T∞ − T ) ⋅ dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT + A ⋅ h ⋅ (T − T0 )dt
A ⋅ h ⋅ (T∞ − 2T + T0 ) ⋅ dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT
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）（极限 （5）（极限）氧指数（LOI，OI) ）（极限）氧指数（ ， 定义： 定义：刚好维持物质燃烧时的混合气体中最低氧含量的体积百分 数。 氧指数越小的高聚物，火灾危险性越大。 氧指数越小的高聚物，火灾危险性越大。 氧指数小于22的属易燃材料； 氧指数小于 的属易燃材料； 的属易燃材料 氧指数在22－ 之间的属难燃材料 之间的属难燃材料； 氧指数在 －27之间的属难燃材料； 而氧指数大于27的属高难燃材料。 而氧指数大于 的属高难燃材料。 的属高难燃材料
相关参数： ＝ × 相关参数：α＝1.1×10－7 m2/s，K=0.19w/(m.K)， ， ， ， ， △HC＝26.2 KJ/g，LV＝1.62 KJ/g，Gcr＝3.2g/(m2.s) ψ=0.27，着火点Ti＝543K，环境温度 ＝293K ，着火点 ＝ ，环境温度T0＝
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薄片状固体（ 数较小）： 薄片状固体（Bi=hL/K数较小）： 数较小 如窗帘、 如窗帘、幕布之类 估算薄物的引燃时间 假设一薄物体的厚度、密度、 假设一薄物体的厚度、密度、热容和它与周围环境间的对流换热系 数分别为τ、 、 、 数分别为 、ρ、c、和 h； ； 薄物体的燃点和环境温度（或物体初温）分别为 Ti和T0。 薄物体的燃点和环境温度（或物体初温） （1）当薄物体两边同时受温度为 ∞的热气流加热 ）当薄物体两边同时受温度为T
& A ⋅ α Q 'r' ⋅ dt − h ⋅ A ⋅ (T − T0 )dt = τAρcdT
dt =
Qr
( )
& αQ − h(T − T0 )
'' r
τρc
dT
对该式从T 对该式从 0到Ti积分得引燃时间为
T0
& αQr'' τρc ti = ⋅ ln '' & − h(T − T ) h i 0 αQr
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一些高聚物的Gcr和ϕ值
物质名称 聚甲醛 聚甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 Gcr g/（m2·s） 3.9 3.2 1.9 2.2 3.0 ϕ 物质名称 Gcr g/（m2·s） 4.4 6.5 5.6 5.4 6.0 ϕ
0.45 酚醛泡沫（GM—57） 0.27 1.9 2.2 3.0 聚乙烯—42％Cl 聚氨酯泡沫 聚异氰酸酯泡沫 聚乙烯—25％Cl
9—截止阀； 10—支持器内小孔； 截止阀； 支持器内小孔； 截止阀 支持器内小孔 11—压力表； 压力表； 压力表 12—精密压力调节器 精密压力调节器 13—过滤器； 14—针形阀； 过滤器； 针形阀； 过滤器 针形阀 15—转子流量计 转子流量计
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表6－3 －
物质名称 聚苯乙烯 聚乙烯醇 聚氯乙稀 聚苯氧 聚砜 氧指数 18 22 45 28 32
2 A ⋅ h ⋅ (T∞ − T ) ⋅ dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT
dT dt = ⋅ 2h T∞ − T
积分： 到 积分：t=0到ti；T=T0到Ti T∞
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τρc
T∞ − T0 ti = ⋅ ln T −T 2h i ∞
τρc

（2）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间为 ）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间为
某些常见高聚物的氧指数
物质名称 聚苯并咪唑 聚酰甲胺 聚糖醇 酚醛树脂 环氧树脂 氧指数 41 41 31 35 20 物质名称 氯丁橡胶 硅橡胶 缩醛共聚物 聚碳酸酯 聚四氟乙烯 氧指数 26 26～39 ～ 15 27 >95
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6.1.3 固体着火燃烧理论
6.1.3.1 固体引燃条件和引燃时间
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（5）如果一面受辐射热，另一面不绝热，则有 ）如果一面受辐射热，另一面不绝热，
& A ⋅ α Q 'r' ⋅ dt − 2h ⋅ A ⋅ (T − T0 )dt = τAρcdT
& αQr'' ti = ⋅ ln '' & − 2h(T − T ) 2h i 0 αQr
( )
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& Q V= ρ ⋅ ∆h
6.2 几类典型固体的燃烧
6.2.1 高聚物的燃烧
塑料、 塑料、橡胶和纤维 热塑型、 热塑型、热固型 高聚物着火的过程分为受热软化熔融、热分解、着火燃烧等阶段 高聚物着火的过程分为受热软化熔融、热分解、着火燃烧等阶段 受热软化熔融 热塑料物质容易软化熔融 高聚物燃烧的普遍性特点， 高聚物燃烧的普遍性特点，可以概括为三个方面 （1）发热量较高、燃烧速度较快 ）发热量较高、 （2）发烟量较大，影响能见度 ）发烟量较大， 由于高聚物的分子结构中含碳量普遍较高， 由于高聚物的分子结构中含碳量普遍较高 ， 因此在其燃 包括热分解）过程中发烟量较大。 烧（包括热分解）过程中发烟量较大。
0.17 0.12 0.11 0.11 0.19
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例 1： ：
用一温度为1300℃的火焰紧靠表面照射一厚度为50mm的有机玻 ℃的火焰紧靠表面照射一厚度为 用一温度为 的有机玻 璃，如果表面温度达到燃点（约需6s）后移走火焰，判断该玻璃 如果表面温度达到燃点（约需 ）后移走火焰， 板能否引燃？ 板能否引燃？
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烟密度箱
1—光电倍增管罩 ； 2—试验箱 ； 光电倍增管罩； 试验箱； 光电倍增管罩 试验箱 3—送风板； 送风板； 4—带窗的活动 送风板 带窗的活动 排气口控制器； 门 ； 5—排气口控制器 ； 6—辐 排气口控制器 辐 射仪输出插孔； 温度（ ） 射仪输出插孔 ； 7—温度 （ 壁 )） 温度 指示器； 自耦变压器； 指示器 ； 8—自耦变压器 ； 9— 自耦变压器 炉子开关； 10—电压表 ； 11— 炉子开关 ； 电压表； 电压表 熔断器； 熔断器 ； 12—辐射仪空气流量 辐射仪空气流量 燃气和空气流量计； 计 ； 13—燃气和空气流量计 ； 燃气和空气流量计 14—流量计截流阀 ； 15—样品 流量计截流阀； 流量计截流阀 样品 移动调节器； 光源开关； 移动调节器 ； 16—光源开关 ； 光源开关 17—光源电压插孔 ； 18—线路 光源电压插孔； 线路 光源电压插孔 开关； 箱基； 指示灯； 开关 ； 19—箱基 ； 20—指示灯 ； 箱基 指示灯 21—微光度计 ； 22—光学体系 微光度计； 微光度计 光学体系 光学体系下透光窗； 杆 ； 23—光学体系下透光窗 ； 光学体系下透光窗 24—排气口调节器 ； 25—进气 排气口调节器； 排气口调节器 进气 口调节器；26—入口孔 口调节器； 入口孔
引燃条件： 引燃条件：
& & ϕ ⋅ ∆H C Gcr + Q E ≥ LV ⋅ Gcr + Q l & & S = (ϕ ⋅ ∆H C − LV ) ⋅ Gcr + Q E − Q l ≥ 0
如果 S<0，固体不能被引燃或只能发生闪燃； ，固体不能被引燃或只能发生闪燃； 如果 S>0，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧，还有多余 ，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧， 部分。这部分热量可以使可燃气的释放速率进一步提高， 部分。这部分热量可以使可燃气的释放速率进一步提高，为固 体持续燃烧创造更好的条件； 体持续燃烧创造更好的条件； S=0 固体能否被引燃的临界条件。 固体能否被引燃的临界条件 临界条件。