《火灾蔓延综合分析》PPT课件

木材尺寸（可理解成树木的年龄）、木条倾斜角、树 种等都对火蔓延速度有显著影响。在木条有倾斜角时， 木条横截面的高度与厚度对火蔓延速度的影响并不相同。 厚度增加时，火蔓延速度下降；高度增加时，火蔓延速 度增加。这是因为高度增加时，相当于垂直方向的长度 增加，所以火焰对上部木条的预热作用加强，导致火蔓 延速度增加。
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（三）木材等天然固体可燃物表面的火灾蔓延
火焰沿横纹方向的蔓延速度大于顺纹方向的蔓延速度， 大约1.3倍。在森林火灾和建筑火灾中的木质可燃物， 沿横纹方向烧损程度往往比较严重，就是这个道理。因 此，木材的烧损程度应当用烧痕的深度来表示，而不宜 用烧痕的面积来表示，这对判断过火林木的使用价值有 重要意义。
着火之后的蔓延速度等。
图 不同温度下碳片燃烧的特性曲线
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薄片固体可燃物在燃烧过程中，温度是不断变化的， 这必然引起自然对流及传热过程的变化，最后又影响到 燃烧过程的变化。由此可见，温度是整个过程的关键参 数，对燃烧过程直接影响的参数是相对速度。所以对火 蔓延速度与相对速度的关系进行研究是必要的。下图位 纸的平均火蔓延速度与相对速度的关系。
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下图为下端着火，向上蔓延火的热分解、气化区的扩 大速度（Vp）与着火距表明：热分解、气化区的扩大速度 随着火距离的增大而增大。火焰在距离着灭点1015mm处从层流火焰转变为湍流火焰，以后热分解、 气化区的扩大速度（火蔓延速度）随着火距离（x）成 正比增大。这充分体现了已燃高温燃气的预热效果，而 这种效果是一种综合效果，需要注意各种参数之向的相 互关系。
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环境温度升高时，因木材的热解、气化速度迅速增 加，火的蔓延速度也相应迅速增加。在大面积森林火灾 中，局部可能形成这样的高温环境，使得着火的危险性 和火灾蔓延速度增加。
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（四）薄片（纸等）固体可燃物表面的火灾蔓延
薄片（纸等）固体应用很广，一旦着火燃烧，火的蔓延规律又独 具特色，所以单独作些介绍。这种固体可燃物厚度很小，但是面 积很大，总的质量不大，热容也不大，受热后升温很快。大量的 研究结果表明：薄片固体可燃物的质量燃烧速度等于固体可燃物 的气化速度，而固体可燃物的气化速度与外部向固体可燃物的传 热量有关。图2-27为某些薄片固体可燃物的质量燃烧速度与外 部向固体可燃物的传热关系曲线。
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尽管薄片固体可燃物的种类不同，但与传热量基本都呈线性
关系。这实质上反映了温度对燃烧过程的影响，碳片的燃烧实验 结果也证实了这点。当温度在1000oC以下时,碳片燃烧只有表面 反应，所以相应的温度分布、氧气浓度分布和二氧化碳浓度分布 如图（a）所示；当温度在1000oC以上时，碳片燃烧除表面反应 之外，还有空间反应，所以相应的特性曲线如图（b）所示。上 述结果可以用来预侧，贴在墙上的纸着火之后的蔓延速度，窗帘
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当改变材料的种类时；固体可燃物内部热流的分布规律变化不大， 但相对位置和绝对值都有明显的变化。这表明：火焰形状和最高 温度都有变化，并引起传热关系的变化，特别要注意对流传热项 相对重要性的变化。
前面所讨论的塑料棒或板的燃烧，只涉及到材料的儿何形 状、着火位置、环境条件等对燃烧过程的影响，而役有考虑燃烧 过程中固体可燃物受热后液化或结焦的影响。受热后液化的可燃 物，其燃烧特性其有液体燃料燃烧特性。受热后结焦的可燃物， 会在表面形成一层焦壳，焦壳一般都具有较强的隔热性，可使内 层物质不受高温的影响。所以对上述两种情况燃烧特性的讨论必 须结合可燃物的性能进行。由于可燃物种类繁多，使得此项工作 难进行，目前多采用实验测量办法给出实验数据。
防火防爆
河南工业职业技术学院
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三、可燃固体表面的火灾蔓延
相对于气体可燃物和液体可燃物而言，固体可燃物 的燃烧过程比较复杂。因此，固体可燃物的火灾蔓延过 程也比较复杂。
（一）塑料棒的火灾蔓延
为了简化问题，先以塑料棒或板等单一试件为例， 分为三种情况：上端着火，火向下蔓延；下端着火，火 向上蔓延；中间着火，火向两边蔓延。中间着火实际上 就是前面两种情况的综合，这里不单独介绍。图2-20 为上或下端着火后，火蔓延的过程图。
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从图可以看出，着火的部位不同，传热情况不同，所 以火蔓延的速度也不同。在无相对风速条件下，下端着 火、火向上蔓延时，因燃烧后的高温燃气流经未燃烧部 分的表面，所以对流换热作用很强，未燃烧部分通过对 流传热能从高温燃气得到更多的热量，对未燃烧部分的 热解、气化有利，因此火的蔓延速度快；而上端着火， 火向下蔓延时，因为高温烟气不流经未燃烧部分，对未 燃烧都分的传热量少，因此火的蔓延速度就慢。
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根据火蔓延速度（VF）、板厚度、板表面温度（Ts） 三者之伺关系的研究结果，在板厚度较小时，火蔓延速
度与固体可燃物的气化温度（Tv）同固体可燃物的表面 温度差（Tv-Ts）成反比；在板厚度较大时，火蔓延速 度（VF）与 (Tv-Ts)2 成反比。这说明：对于厚度大的 固体可燃物，其表面温度对火蔓延速度有显著影响。
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由于实验中采用的试件尺寸较小，用于大试件时应作适 当修正，必须考虑热辐射的影响。尤其在环境氧气浓度 较大时：燃烧速度较快、火焰温度较高，燃烧放出的热 量较多地返回可燃物表面，起到使燃烧速度加快的作用； 另外，因挥发份产生速度的增加，在可燃物表面形成了 一层挥发份，这层挥发份吸收了火焰的辐射热，同时挥 发分的流动又降低了可燃物表面的对流传热，所以还有 减慢燃烧速度的作用。
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（二）板的火灾蔓延
板的厚度对火蔓延速度有较大影响。当板厚较小时， 向预热区的传热方式主要为气相传热；当板厚较大时， 向预热区的传热方式主要为固体内部传热。传热方式的 变化导致火蔓延速度的变化。图2-21为有机玻璃板火蔓 延速度与厚度的关系。板厚度增加，火蔓延速度减小； 板厚度超过某一值后，火蔓延速度趋于某一常值。