5典型火灾及烟气蔓延过程分析

(5.2)
适用条件：
Heskestad认为上式适用范围为
7Q
2/ 5
/ D 700 kW2/5/m。
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合并参数
c pT 15.6 2 2 g ( H T / k )
1/ 5
(5.3)
将式（5.3）带入式（5.1）可得火焰高度的 表达式如下
L 1.02D QA
5.1.2 室内火灾的动力学过程
反 浮 力 射 流 顶棚射流
热烟气层
羽 流
冷空气层
开口流动
火源
室内火灾动力学过程
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（一）火羽流
定义：火源上方的火焰及烟气通称为火羽流
McCaffrey（1979）的三区域模型
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23
McCaffrey自然扩散火焰火羽流结构示意图
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（2）火焰高度
火焰高度：在某一高度位置上存在的时间分数，在持 续区内其值为1，随着高度的增加进入间断火焰区， 其值逐渐减小，最终趋于0。 平均火焰高度：指的是间歇性函数I(Z) 的值降为0.5 时所对应的可燃物表面以上的火焰高度。
4 1.07 D
2 1/ 2
1.21
取系数 0.235 mkW-2/5，由方程（5-4）可得：
L 1.02 1.21 0.235 26002 / 5 4.22
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（二）顶棚射流
在火羽流热浮力的驱动下，顶棚表面下部薄层中 流动相对较快的气流称之为顶棚射流，它是在可燃 物上方的火羽流在上升碰到顶棚后，热烟气由垂直 流动改变水平流动，并沿顶棚下部向四周蔓延这个 过程中产生的。
全面发展阶段对防灭火的重要意义
•（1）建筑结构的耐火性能显得格外重要.人们在建筑 设计时，应注意选用耐火性能好，耐火时间长的结构， 以便加强防火安全。 •（2）为减少火灾损失，阻止热对流，限制燃烧面积 扩大，建筑物应有必要的防火分隔措施。
•（3）轰燃之前人员全部撤离。
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熄灭阶段
•（ 1 ）在火灾全面发展阶段的后期，随着室内可燃物 的挥发物质不断减少，以及可燃物数量的减少，火灾 燃烧速度递减，温度逐渐下降。当室内平均温度降到 最高温度的80%时则认为火灾进入熄灭阶段。 •（ 2 ）实验发现：室内温度衰减的速度与火灾持续时 间的关系是，火灾持续时间越长，其衰减速度越慢。 火灾持续时间在 1h 以内，室内火灾温度衰减速度在 12℃/min；大于1h，其衰减速度为8℃/min。 10
第五章
典型火灾及烟气蔓延过程分 析

5.1 建筑物火灾 5.2 森林火灾 5.3 矿井火灾
1
5.1 建筑物火灾



室内火灾的发展过程 室内可燃物的燃烧过程 建筑火灾烟气流动与蔓延过程

火灾在全面发展阶段的性状
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5.1.1 室内火灾发展过程

仅讨论一个普通房间内的火灾发展过程。 根据室内温度随时间的变化，可将室内火 灾发展过程分为：
2/5
(5.4)
由于燃烧消耗单位质量空气所放出的热量 HT / k 对于不同可燃物变化不大，故系数 的变化范围相应很窄。对于大部分气体和液体 和固体燃料，可设定 0.235m/kW-2/5。
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火焰长度计算示例
【例5-1】燃烧1.07*1.07m2、排列紧密的木垛，其释热速 率为2600kW。假设不存在内部燃烧情况，估算该木垛燃烧 的平均火焰高度。 【解】木垛的折算直径为
5
初期起火阶段对防灭火的重要 意义


火灾初期是灭火最为有利的时机。应设法争取尽早发 现火灾，把火灾及时控制消灭在起火点。为此，在建 筑物内安装和配备适当数量的灭火设备，设置及时发 现火灾和报警的装置是很有必要的。 建筑材料的燃烧性能对火灾的初起阶段影响很大。易 燃和难燃或不燃结构建筑起火后，火灾初期阶段的持 续时间有很大差别。为防火安全，建筑物应尽可能不 使用易燃建筑材料，或使用经过阻燃处理的建筑材料。
– 起火阶段 – 全面发展阶段 – 熄灭阶段
轰燃 起火 全面发展 熄灭
3
起火阶段
火自发燃烧，未蔓 延到其他可燃物质 着火后的三种情形 通风不足，火熄灭， 或者以很慢的速率 继续燃烧
可燃物足够，通风 条件良好，发展到 整个房间，所有表 面都在燃烧
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起火阶段的特点
（1）火灾燃烧范围不大，火灾仅限于初始起火点附 近； （2）室内温度差别大，在燃烧区域及其附近存在高 温，室内平均温度低； （3）火灾发展速度较慢，在发展过程中，火势不稳 定； （4）火灾发展时间因点火源、可燃物性质和分布、 通风条件影响长短差别很大。
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全面发展阶段
•（ 1 ）轰燃（ Flashover ）是室内火灾最显著的特征之 一，它标志着火灾全面发展阶段的开始，房间内局部 燃烧向全室性燃烧过渡。
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全面发展阶段
•（ 2 ）室内火灾进入全面发展阶段后，可燃物 猛烈燃烧，燃烧处于稳定期，可燃物的燃烧速 度接近定值，火灾温度上升到最高点。
（3）火灾全面发展阶段的时间主要取决于可燃 物的燃烧性能、可燃物数量和通风条件，而与 起火原因无关。 8
某地铁站的站厅
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5.1.2 室内火灾的动力学过程
主要内容:
1. 火羽流的特征（火焰高度及计算方法、羽流
速度及温度）
2. 顶棚射流的特征及其在火灾探测及自动喷水
灭火系统响应中的应用

研究意义 – 分析火灾和烟气在建筑物中的发展和蔓延规 律、科学合理地设置火灾探测器和自动灭火 系统的喷头、进行有效的防排烟设计和建筑 结构的受热稳定检验。 20
熄灭阶段对防灭火的重要意义



要防止火势蔓延，切不可疏忽大意，但因可 燃物数量已不多，也不必投入过多的战斗力 量。 防止建筑构件因经受火焰高温作用和灭火射 水的冷却作用出现裂隙、下沉、倾斜或倒塌， 要保证灭火战斗人员的生命安全。 注意防止火灾向相邻建筑蔓延。
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补充：
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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Heskestad等分析了多种来源的实验数据，给出了如 下描述无量纲火焰高度表达式：
L 1.02 15.6 N D
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(5.1)
D为火源直径，对于非圆火源可采用等效直径，N 为一无量纲参数，其定义式为
c pT QA 2 N 2 2 5 g ( H / r ) D c