轰然与回燃

轰然与回燃

轰燃和回燃火灾行为分析及应对措施轰燃(Flashover)和回燃(Backdraft)是建筑火灾发展过程中两种特殊的火行为。在火灾扑救过程中如果判断和处置不当，容易造成不必要的伤亡。关于这两种特殊燃烧现象，近几十年来国内外学者已经进行了大量的探索和实验，初步得出了一定的结论。但仍有待于更为深入、准确、恰当和权威的研究。本文通过总结各方面的研究成果和经验，对两种燃烧现象的含义、判据、机理、发展过程和危害以及处置措施等方面进行对比分析，供消防人员在火灾预防和扑救工作中参考。

1．室内火灾发展过程

室内火灾是在一个受限空间中发生的火灾。在理想条件下,室内火灾可以被分为四个阶段:初起（点燃）、发展、猛烈（完全发展）和熄灭阶段（见图1）[1]。

图1室内火灾发展阶段

室内火灾的燃烧包括通风控制燃烧和燃料控制燃烧两种形式[2]。如果可燃物的燃烧速率是由空气流入的速率决定的，称为通风控制燃烧。如果火源的大小与室内受限空间相比很小（比如大房间内燃烧的炉具）时，空气供应不成问题，则可燃物的燃烧只与本身的燃烧速度有关即燃料控制燃烧。假如火源的体积不断增大，通风状况便可逐渐成为燃烧速率的支配因素，也即室内燃烧过程由燃料控制逐渐向通风控制燃烧转变。通风控制燃烧是室内火灾的通常状况，是在受限空间内火源具有一定规模时达到的阶段。通风控制燃烧是室内火灾燃烧研究的重点之一。轰燃是一种燃料控制燃烧现象，回燃则主要表现为通风控制燃烧现象。

已有的研究成果表明，轰燃是火灾发展阶段过渡到猛烈阶段的转折点；而回燃是火灾发展过程可能出现的现象，不但自身危害大，而且能引发轰燃、爆燃。

2.轰燃和回燃

2.1含义比较

2.1.1轰燃

轰燃通常定义为“在室内火灾中,室内所有可燃物表面全部卷入燃烧的瞬变状态”。也有人将室内火的轰燃定义为“是受限火灾发展的一

个阶段，在此阶段火焰迅速传播充满整个空间”。

通过图1可以发现在火灾的发展阶段和猛烈阶段之间有一个温度急剧上升的狭窄区即为轰燃区,它是火灾发展的重要的转折阶段。一旦发生轰燃,火灾将进入猛烈发展阶段,不但严重损害室内物品,造成建筑物损坏甚至倒塌；高温火焰还常常带着相当多的可燃气体从起火室窜出,使得火焰蔓延到临近的区域,是火灾中最危险的阶段。

轰燃造成危害在时有发生[3]。一方面较早以前，房屋结构的简陋便于通风和热交换，热量得不到积累，温度不够高，轰燃发生的几率小。现在的房子建筑结构比以往的更加结实、密封更好，比以前具有了更多的可燃装修、家具和织物等，增加了轰燃的几率。另一方面以往消防队员遇到的轰燃也没有现在多。尽管以前的消防员同样英勇，但那时的火灾报警系统无法使他们在火场温度上升到轰燃前到达火灾现场。现在，随着火灾探测技术的发展，发现火灾的时间越来越短，消防员越来越多的在轰燃发生之前到达火灾现场。由于没有足够人手和措施延迟轰燃，使消防员遇到轰燃的机会大大增多，在轰燃之前进入一个起火的建筑内变得十分危险。国外媒体报道每年都会有一些消防员因轰燃而牺牲。对消防员来说轰燃的危害是:消防队员进入起火房间后会突然陷入火海之中；消防队员开门时会被突然喷出的火焰烧伤。同时在火灾发展阶段，房间或室内仍会有人活着，如果发生轰燃则意味着火灾发展阶段的结束，进入猛烈的全面燃烧阶段，房间内的被困人员将因此被夺去生命。

2.1.2回燃

回燃现象是室内火灾中的另一个重要的特殊火行为。回燃定义为“一个充满不完全燃烧产物的房间内流入氧气时发生的快速的爆燃过程”。也有人将其描述为“建筑火灾中在通风受限时由于补充新鲜空气再次燃烧热烟气的一种特殊火行为”。因此也被人描述为一种爆燃

或者热烟气爆炸。

在通风受限的建筑物火灾发生过程中,由于新鲜空气的补充不足以满足加速燃烧的要求,燃烧将逐步进入缺氧性燃烧状态,这时建筑物内的热烟气中会含有大量的可燃成分。如果由于某种原因(门的突然打开或窗玻璃突然破裂等)造成新鲜空气的突然进入,热烟气将会发生极强烈的燃烧,室内温度将迅速升高,并促使初期火灾转变为轰燃或爆燃,当火焰传播到房间外部时,会点燃房间外部的混合气形成一个巨大的火球或冲击波。这就是建筑火灾中的回燃现象[4]。

显然,回燃现象由于其突然性和强大的破坏性威胁着人类的安全,特别是消防人员的安全。压力的骤升可使局部封闭空间发生倒塌，消防队员也可能被突发的冲击波、火焰和热烟气伤害。

2.2研究进展

由于轰燃和回燃现象是火灾发生发展过程中特殊行为，特别是对人们生命安全的威胁比较大，许多科研机构和科学家都在进行相关研究和探索并取得了一些定性或定量的成果。

在轰燃研究方面，Thomas等人开展了轰燃现象的理论研究,提出了经典的热爆炸理论基本原理在内的理论框架；Bishop等人、Graham 等人对火灾轰燃的临界条件进行了理论分析；McCaffrey等人在估计室内轰燃前火灾温度方面提出了比较典型的方法；Feasey等人对建筑室内轰燃后可能对建筑结构的影响进行了分析;M. Luo等人以聚氨基甲酸酯材料为燃料在全尺寸实验室内对火灾轰燃过程进行了实验,并开发了相应的数值模拟程序;Peacock等人对性能化设计有关的轰燃的危险性进行了解释[5]。在国内，中国人民武装警察部队学院的陈爱平，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的范维澄、宋卫国、宋虎、杨立中，同济大学结构工程与防灾研究所胡克旭、李金宝等也开展了一些相应研究。

在回燃研究方面，由于开展的相对更晚，仅对回燃中的一些基本现象进行了研究。Fleichmann等人对回燃现象进行了一些建设性的研究,包括回燃的半尺度实验、重力流的盐水模拟模型以及与重力流相关的数值研究等。Richard ,Bukowski著名的回燃案例“62 Watts

St(NY)fire”建立了模型。Gottuk做了回燃的全尺度船舱实验。中国科学技术大学的范维澄、宋卫国等[6,7,8]也对回燃现象进行了一些研究。所有这些为今后的回燃研究打下了基础，但至今为止还没有回燃现象的数学模型。至于回燃是如何影响整个室内火灾过程、回燃和火灾的其它过程之间存在什么样的联系等都是需要研究的课题。

2.3机理分析

2.3.1轰燃

在通风能够满足的情况下，室内火灾表现为燃料控制燃烧，只要室内有足够的可燃物并持续燃烧,燃烧生成的热烟气在顶棚下的积累,将使顶棚和墙壁上部(两部分可合称扩展顶棚)受到加热；同时,扩展顶棚温度的升高又以辐射形式增大反馈到可燃物的热通量。随着燃烧的持续,热烟气层的厚度和温度都在不断增加,使得可燃物的燃烧速率不断增大。随着可燃物的质量燃烧速率的增大,当室内火源的释热速率达到发生轰燃时的临界释热速率，室内所有可燃物表面同时燃烧，就会发生轰燃。标志着火灾猛烈阶段的开始,轰燃的出现是燃烧释放的热量大量积累的结果[9]。

2.3.2回燃

在燃料能够满足的情况下，室内火灾表现为通风控制燃烧。在门、窗户关闭等较差的通风条件下，可能的通风途径是通过与室内相通的小孔、裂缝等的泄漏。当火灾加热房间内部时,室内边界的气体向外泄漏,使内外的压力差减小甚至被平衡掉。当热烟气层下降时,可用的氧气不断减少,燃烧效率不断下降。过剩的热解产物积聚在上层,形成了富含燃料的热烟气层。如果通风条件不得到改善,这种前导火灾会随着时间而减弱,最后熄灭。

但当前导火灾还未完全熄灭时,门、窗或其它通风口打开或者破裂了。冷的、富含氧气的空气进入了室内,以重力流的形式向内传播。如果此时没有了点火源,重力流会在到达通风口对面的室内壁后向回反射,重又回到通风口处。一个由富含由热解气体和固体小颗粒组成的过剩的热解产物（上层烟气）和富含氧气的新鲜空气混合而成的新的下层形成并不断发展。如果这时有点火源包括烟火余烬、红热的金属制品、