可燃固体的燃烧

是固体在燃点时的燃烧热传 递到其表面的份数 是固体释放可燃气所需要的 热量；
是固体释放的可燃气在燃 点时的临界物质流量；
是单位固体表面上火源的 加热速率
是单位固体表面上火源的 加热速率热损失速率
单位固体表面上净获热率。
S = (ϕ ⋅ ΔHC − LV )⋅ Gcr + Q& E − Q& l ≥ 0
18 22 45 28 32
某些常见高聚物的氧指数
物质名称 氧指数 物质名称
聚苯并咪 唑
41
氯丁橡胶
聚酰甲胺
41
硅橡胶
聚糖醇
31
缩醛共聚 物
酚醛树脂
35
聚碳酸酯
环氧树脂
20
聚四氟乙 烯
氧指数 26
26～39 15 27 >95
固体点着温度测试仪
氧指数测定仪
1—试样； 2—夹具； 3—点火器； 4—金属丝网； 5—支架； 6—柱内玻璃珠； 7—钢底盘； 8—三通管； 9—截止阀； 10—支持器内小孔； 11—压力表； 12—精密压力调节器 13—过滤器； 14—针形阀； 15—转子流量计
T0
T∞
dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT A⋅ h ⋅ (T∞ − 2T + T0 )
ti
=
τρc 2h
⋅
ln⎜⎜⎝⎛
T∞
T∞ − + T0
T0 − 2Ti
⎟⎟⎠⎞
（4）当物体一面受热通量为的辐射加热，另一面绝热时
假设物体吸收率为α，在时间间隔dt内，能量平衡
( ) 方程可写成 A⋅α
Q&
150 250~295
麻
107 150~200 蚕丝
235 250~300
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数 （三）自燃点
常见高分子物质的自燃点
物质名称 自燃点 (oC)
棉花 255 报纸 230 白松 260
物质名称
聚乙烯 聚氯乙烯 有机玻璃
自燃点 (oC) 349 454
450~462
4
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
一些高聚物的Gcr和ϕ值
Gcr g/（m2·s）
ϕ
物质名称
3.9
0.4 酚醛泡沫（GM—
5
57）
3.2
0.2 7
聚乙烯—42％Cl
1.9
1.9 聚氨酯泡沫
2.2
2.2 聚异氰酸酯泡沫
3.0
3.0 聚乙烯—25％Cl
Gcr g/（m2·s ϕ
1
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式 （六）异相和同相燃烧 异相燃烧（非均相）：可燃物与氧化剂处于 固、气两种不同状态时的燃烧现象。 同相燃烧（均相）：可燃物与氧化剂都处于 气相状态时的燃烧现象。
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式 （一）蒸发燃烧 （二）表面燃烧 （三）分解燃烧 （四）熏烟燃烧（阴燃） （五）轰燃 （六）异相和同相燃烧
T0
T0
ti
=
τρc 2h
⎡ ⋅ ln⎢⎣αQ& r''
αQ& r''
− 2h(Ti
⎤
− T0 )⎥⎦
二、固体火焰传播理论
燃烧起始表面”
Q&
V
“燃烧起始表面”是指固体火焰传播时正在燃烧 的火焰和未燃物质之间的界面，穿过这个界面的传 热速率决定了火焰传播或火灾蔓延的速度。
在火场上，火焰传播速度和可燃物面积大小 决定了火势发展的快慢。
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数
（一）熔点、闪点和燃点
（二）热分解温度
可燃固体受热发生分解的初始温度。
几种可燃固体的热分解温度与燃点的关系
固体名称 热分解 燃点(oC) 固体名称 热分解 燃点(oC)
温度(oC)
温度(oC)
硝化棉
40
180
棉花
120
210
赛璐珞 90~100 150~180 木材
一、固体引燃条件和引燃时间
研究对象：受热时能释放出可燃气体的固体
引燃条件：取决于其释放出的可燃气 能否保持一定浓度
ϕ ⋅ ΔHCGcr + Q& E ≥ LV ⋅ Gcr + Q& l 热平衡方程
S = (ϕ ⋅ ΔHC − LV )⋅ Gcr + Q& E − Q& l ≥ 0
ϕ
LV Gcr
QE
Ql S
5
根据能量守恒方程，“火焰传播的基本方程”为
ρ ⋅V ⋅ Δh = Q&
V = Q& ρ ⋅ Δh
V是火焰传播速度； Q& 是穿过界面的传
热速率；ρ是固体的密度 ；△h是单位质量 的固体从初温T0上升到燃点Ti时的焓变。
第二节 固体着火燃烧理论
三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数 （一）熔点、闪点和燃点 （二）热分解温度 （三）自燃点 （四）比表面积 （五）氧指数
3
第二节 固体着火燃烧理论
一、固体引燃条件和引燃时间 二、固体火焰传播理论 三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置 （四）外加环境因素
2A ⋅ h ⋅ (T∞ − T ) ⋅ dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT
A是薄物体受热面积；T是薄物体在时刻 t的温度；dT是薄物体经dt后的温度变化
dt = τρc ⋅ dT 2h T∞ − T
T∞
积分：t=0到ti；T=T0到Ti
ti
=
τρc 2h
⋅
ln⎜⎜⎝⎛
T∞ T∞
− T0 − Ti
⎟⎟⎠⎞
（2）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间为
ti
=
τρc h
⋅
ln⎜⎜⎝⎛
T∞ T∞
− T0 − Ti
⎟⎟⎠⎞
（3）如果物体单面受热，另一面不绝热
A⋅ h ⋅ (T∞ − T ) ⋅ dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT + A⋅ h ⋅ (T − T0 )dt
A⋅ h ⋅ (T∞ − 2T + T0 ) ⋅ dt = (τA) ⋅ ρ ⋅ c ⋅ dT
第三节 几类典型固体的燃烧
一、高聚物的燃烧 二、木材的燃烧 三、煤的燃烧 四、金属的燃烧
第三节 几类典型固体的燃烧
一、高聚物的燃烧 （一）三大常见高聚物
塑料、橡胶、纤维 （二）高聚物的燃烧过程
热软化熔融、热分解、着火燃烧 （三）高聚物燃烧的普遍特点
1、发热量较高、燃烧速度较快 2、发烟量较大、能见度降低 3、燃烧（或分解）产物的危害性大
10
19
2
kW/m 13
kW/m2
8 kW/m2
0 kW/m2
102
103
104 预热时间(s)
7
第二节 固体着火燃烧理论
一、固体引燃条件和引燃时间 二、固体火焰传播理论 三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置 （四）外加环境因素
如果S<0，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；
Swk.baidu.com0固体能否被引燃的临界条件。
对于一定厚度无限大固体，可用下式估算：
Q& l
= εσTi4
+
K
⋅ TS
− T0 αt
1.0
10 风速(m/s)
火焰传播速度(mm/s)
三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素
3、氧浓度
火焰传播速度(mm/s)
100
100%O 2
10
1.0
62%O 2
46%O 2
0 10
100
1000 压力(KPa)
三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素
4、环境温度
10 1.0 0.1 0.01
）
4.4 0.17
6.5 0.12 5.6 0.11 5.4 0.11 6.0 0.19
薄片状固体（Bi=hL/K数较小）： 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、热容和它 与周围环境间的对流换热系数分别为τ、 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。 (1)当薄物体两边同时受温度为T∞ 的热气流加热
例如：纸张、锯末、纤维织物、纤维素板、胶乳 橡胶以及某些多孔热固性塑料等
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式
（五）动力燃烧（爆炸）
定义：可燃固体析出的可燃挥发份遇火源所发 生的爆炸式燃烧。
分类：粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等
轰燃：可燃固体由于受热分解或不完全燃烧析出可燃气体，当 其以适当比例与空气混合后再遇火源是，发生的爆炸式预混燃 烧。 例如：赛璐珞，析出CO； 聚氨酯，析出HCN等
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数 （四）比表面积：单位体积固体的表面积 （五）氧指数
定义：在规定条件下，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。
易燃 难燃 高难燃(不燃)
氧指数范围 ＜22 22~27
＞27
物质名称 聚苯乙烯 聚乙烯醇 聚氯乙稀
聚苯氧 聚砜
表6－3 氧指数
点火源必须处于可燃挥发份的气流之内 才能使固体引燃。
加热速率越大，固体越容易被引燃。
第二节 固体着火燃烧理论
三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质
熔点 热分解温度 气化热（LV） 燃烧热 热惯性（kρc）
第二节 固体着火燃烧理论
三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置 比表面积大，增大与氧气接触机会，容易点燃； 薄物体表面导热能力强，比厚物体容易着火燃烧。 相同材料、相同外界条件，位置不同引起燃烧速 度的不同。
'' r
⋅ dt − h ⋅ A⋅ (T − T0 )dt = τAρcdT
Qr
dt
=
αQ& r''
τρc
− h(T
−
T0
)
dT
T0
对该式从T0到Ti积分得引燃时间为
ti
=
τρc h
⎡ ⋅ ln⎢⎣αQ& r''
αQ& r''
− h(Ti
⎤
− T0 )⎥⎦
（5）如果一面受辐射热，另一面不绝热，则有
( ) Qr A ⋅α Q& 'r' ⋅ dt − 2h ⋅ A ⋅ (T − T0 )dt = τAρcdT
第六章 可燃固体的燃烧
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式 （一）蒸发燃烧 （二）表面燃烧 （三）分解燃烧 （四）熏烟燃烧（阴燃） （五）轰燃 （六）异相和同相燃烧
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式 （一）蒸发燃烧 火源加热——熔融蒸发——着火燃烧（关键阶段） 例如：硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香、沥青等 火源加热——升华——着火燃烧 例如：樟脑、萘等
三、固体着火和燃烧的影响因素 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置
第二节 固体着火燃烧理论
三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素
1、风速 2、压力 3、氧浓度 4、环境温度
6
三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素
1、风速
10
火焰传播速度(mm/s)
4.0
1.0
0.4
0 0.2
1.0
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式 （二）表面燃烧
在可燃固体表面上，由氧和物质直接作用 而发生的燃烧现象。 例如：木炭、焦炭、铁、铜等 （三）分解燃烧 火源加热——热分解——着火燃烧（关键阶段） 例如：木材、煤、合成塑料、钙塑材料等
第一节 固体燃烧概述
一、固体燃烧的形式
（四）熏烟燃烧（阴燃）
定义：某些物质在堆积或空气不足的条件 下发生的只冒烟而无火焰的燃烧现象。
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数 （一）熔点、闪点和燃点 （二）热分解温度 （三）自燃点 （四）比表面积 （五）氧指数
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数 （一）熔点、闪点和燃点 熔点：固体燃点是指可燃固体加热到一定温 度，遇明火发生持续燃烧时的最低温度。 ¾熔点越低的可燃固体，闪点和燃点也越低， 火灾危险性越大
ε是固体的辐射率；σ是斯蒂芬—玻尔兹曼 常数；Ti、Ts、T0分别是固体的燃点、燃点时的表 面温度和环境温度；K和α分别是固体的导热系数 和热扩散系数；t是固体受火源加热的时间；
Gcr与ϕ有如下关系：
Gcr
=
h c
⋅
⎜⎜⎝⎛1
+
3000 ϕ ⋅ ΔH C
⎟⎟⎠⎞
h为火焰与固体表面之间的对流换热系 数，c为空气的热容
物质名称
聚酰胺 醋酸纤维素 硝酸纤维素
自燃点 (oC) 424 475 141
2
第一节 固体燃烧概述
二、评定固体火灾危险性的参数 （四）比表面积：单位体积固体的表面积 ¾相同的可燃固体，比表面积越大，火灾危险 性越大。 ¾ 随着粉尘的比表面积增大，其爆炸下限降 低，最小引爆能变小而最大爆炸压力增大。
燃烧（或分解）产物的危害性
高聚物在燃烧（或分解）过程中，会产生CO、氮氧化 物、HCl、HF、HCN、SO2及COCl2（光气）等有害气 体，加上缺氧窒息作用，对火场人员的生命安全构 成极大的威胁。
10 风速(m/s)
三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素
2、压力
火焰传播速度(mm/s)
100 10 1.0
0 10
100
1000 压力(KPa)
三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素
3、氧浓度
火焰传播速度(mm/s)
10
100%O 2 62%O2
4.0
46%O2
1.0
0.4
0 0.2