消防服用织物热防护性能数值模拟
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消 防部 队 灭 火 作 战 的 效 率 。 因 此 ， 内 外 相 关 机 构 已经 国 出 台 了 多个 消 防 服 热 防 护性 能 测试 的 方法 与 标 准 。 笔者依据纯对流 火焰作 用下 的消 防服传热 机理 ， 建 立 了 服装 直 接 接 触 火焰 下 的“ 焰 一服 装 一 皮 肤 ” 系 统 火 的
作 用 下 的 传 热 机 制 有 一 定 区别 ， 现 在 服 装 与 热 源 之 间 换 热 边 表
界 条件 上 。 建 立 纯 火 焰 对 流 作 用 下 消 防 服 传 热 模 型 ， 析 火 焰 分 与服 装 织 物 外 层 之 间 的 换 热 边 界 条 件 ， 用 实验 法 确 定 火焰 换 运
ｓ ｒｂ ｄ，ｉｓａｐ ｉａ ｉｎ ａ ｏ ｅ ｓ ｗ ｅ ｅ ｉ ｒ ｕｃ ｄ， ａ ｈｅ ｃｉｅ ｔ ｐｌｃ ｔｏ ｎｄ ｐｒ ｂｌｍ ｒ ｎｔｏｄ ｅ ｎｄ ｔ
系数 由辐 射 换 热 系数 和 对 流 换 热 系数 组 成 ； 焰 热 流 密 度 为 ８ 火 ４
ｋ ／ Ｗ ｍ。时 ， 衣下 微 小 空 气层 厚 度 不超 过 ９ｍｍ 时 其 热传 递 以 传
层表 面 首先 被 加 热 ， 到一 定 温 度 后 开 始 发 生 热 解 ， 出 达 析 挥 发分 气体 ， 时生 成 焦 炭 ； 同 随着 热 量 从 外 层 向 多 孔 织物
传热模型 ， 分析了服装接触火焰 一侧的传热边 界条件 ， 对
综 合式（ ）式 （） 可得式 （） １、 ２ ， ３。
Ｔｈ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔａ ｄ ｍ ａ ａ ｅ ｅ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ｎ ｇ ｍ ｎｔ ｏ ｉｙ ｆｒ ｅ ｏ ｅｍ ｏ ｔ ｒｎｇ ｓ ｓｅ ｆｃ ｔ ｉｅ ｒ ｍ ｔ ｎｉｏ ｉ ｙ ｔ ｍ
Ｐ １ ・ ｌ） ） ｄ 一 ＋Ｄ （ 一（ １
热 解 反 应 速 率 可 用 Ａ ｒｅｉｓ 程 描述 ， ｒｈｎｕ 方 见式 （） ２。
７ ａ一 ． Ｏ
一 ＇ｘ ） 亩 ｉｐ 署 ｐｅ（ ＇ Ａ
（ ２ ）
式中 ： 反应指数 ；． ｎ为 Ｅ 为反 应 活 化 能 ； 为 指前 因 子 。 Ａ
灭 与 ｌ 火 怛燃： ； ｜ 料
消防服用织物热 防护性 能数值模 拟
朱 方龙
（ 中原 工 学院 ， 南 郑 州 ４ ０ ０ ） 河 ５ ０ ７
摘 要 ： 防服 用 织物 在 纯 火 焰对 流 热 作 用 下 与 纯 辐 射 热 消
系统 模 型 进 行 了数 值 模 拟 计 算 并 验 证 ， 时 研 究 了火 焰 同
热 系数 经 验 式 ， 究 衣 下微 气层 传 导 对 流 传 热 特 征 。 火焰 传 热 研
作用下 的衣 下 空气 层厚 度对 消 防服装 的热 防护性 能 影 响， 得到 ８ ｗ／ 火焰热 流下 的空气层 临界值 。 ４ｋ ｍ。
１ 模 型 描 述 火 灾 下 ， 防员 穿 着 的消 防服 装 遇 到 强 热 流 后 ， 外 消 其
开 始 发 生 热 解 ， 仅 是 温 度 的 升 高 。 因此 ， 构 建 火 焰 中 或 在
中 图分 类 号 ： ９ ３ ４ Ｕ５ ５ Ｘ １． 。Ｔ ４
文献标志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ９ ０ ２ （ ０ １ １ — １ ４ —０ １ ０ — ０ ９ ２ １ ）１ ０４ ３
消防服传热模型时 ， 需考虑织物受 热分解 过程 ， 尤其是经 阻燃处理 的纤维 素纤维 织物 ， 阻燃棉 、 如 阻燃粘 胶织 物。 织物 已热解部分 密度 Ｐ 可 以用 热解残 留物 炭 的密度 ｐ ｄ 。
挚 ＝－ － ： － ＆ ｐ Ａ ｏ
ｄ ＼ ．）ｐ ／ （ ｔ Ｐｐｅ（ ３ Ｐ ｖｘ蔷 ／＼ 一 Ｒ） ～ ）
： …
热 解 气 体 的 质量 Ｍ 恒 方 程 可 由式 （ ） 定 。 守 ４确
ａｚ ａ￡ …
Ｘ Ｅ Ｓ ｕｊｎ ，Ｍ Ｏ Ｘ ｕｚ ｏ ｇ Ｉ ｈ － ｕ ｉ—ｈ ｎ 。
和正 在 热 解 部 分 的密 度 Ｊ表 示 ， 式 （） ０ 。 见 １。
消 防 服是 每个 消 防员 进 入 火 场 时 必 配 的 个 人 防 护 装
备， 对消 防员身体起 到 了综 合保护 作用 。其 热防护 性能 的优劣直接关 系消 防员 的生命 安全 和身体 健康 ， 关 系 也
（ ． ａ ｊ ｒ ｏ ｅｔｏ ｓ ｃａｉｎ Ｔｉｎ ｉ ０ ０ ０， １ Ｔｉｎｉ Ｆｉ Ｐｒ ｔｃｉｎ Ａｓｏ ｉｔ ， ａ ｊ ３ ０ ９ ｎ ｅ ｏ ｎ
根 据 上 述 分 析 ， 合 Ｔ ｒｉ 防 护 服 传 热 模 型 及 结 ｏｖ 的
Ｙａ ｇ的热 解 反 应 模 型 ， 者 提 出织 物 在 火 焰 下 的一 维 热 ｎ 笔
导 换 热 为 主 ， 气 层 越 厚 导 热 系数 越 小 ； 气层 厚 度 大 于 ９ ｍｍ 空 空 时其 热 传 递 以 对 流换 热 为 主 ， 气层 越 厚 传 热 系数 越 大 。 空 关键词 ： 火焰 对 流 ；消 防服 ；热 防 护 性 能
内部的传递 ， 热扰 动不 断地深入 到织物 内部 。随 着加热 的进行 ， 当织物外层 已经处 于高温炭化 区时 ， 内部才 刚 其
Ｃｈｎ ；２ Ｔｉｎｉ ｎ ｒ ｌ ｉｅＢ ｉａ ｅ ｉａ ． ａ ｊｎＧｅ ｅａ ｒ ｒｇ ｄ ，Ｔｉｎｉ ０ ０ ０，Ｃｈｎ ） Ｆ ａ ｊｎ３ ０ ９ ｉａ
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作 用 下 的 传 热 机 制 有 一 定 区别 ， 现 在 服 装 与 热 源 之 间 换 热 边 表
界 条件 上 。 建 立 纯 火 焰 对 流 作 用 下 消 防 服 传 热 模 型 ， 析 火 焰 分 与服 装 织 物 外 层 之 间 的 换 热 边 界 条 件 ， 用 实验 法 确 定 火焰 换 运
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系数 由辐 射 换 热 系数 和 对 流 换 热 系数 组 成 ； 焰 热 流 密 度 为 ８ 火 ４
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层表 面 首先 被 加 热 ， 到一 定 温 度 后 开 始 发 生 热 解 ， 出 达 析 挥 发分 气体 ， 时生 成 焦 炭 ； 同 随着 热 量 从 外 层 向 多 孔 织物
传热模型 ， 分析了服装接触火焰 一侧的传热边 界条件 ， 对
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消防服用织物热 防护性 能数值模 拟
朱 方龙
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摘 要 ： 防服 用 织物 在 纯 火 焰对 流 热 作 用 下 与 纯 辐 射 热 消
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热 系数 经 验 式 ， 究 衣 下微 气层 传 导 对 流 传 热 特 征 。 火焰 传 热 研
作用下 的衣 下 空气 层厚 度对 消 防服装 的热 防护性 能 影 响， 得到 ８ ｗ／ 火焰热 流下 的空气层 临界值 。 ４ｋ ｍ。
１ 模 型 描 述 火 灾 下 ， 防员 穿 着 的消 防服 装 遇 到 强 热 流 后 ， 外 消 其
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消防服传热模型时 ， 需考虑织物受 热分解 过程 ， 尤其是经 阻燃处理 的纤维 素纤维 织物 ， 阻燃棉 、 如 阻燃粘 胶织 物。 织物 已热解部分 密度 Ｐ 可 以用 热解残 留物 炭 的密度 ｐ ｄ 。
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导 换 热 为 主 ， 气 层 越 厚 导 热 系数 越 小 ； 气层 厚 度 大 于 ９ ｍｍ 空 空 时其 热 传 递 以 对 流换 热 为 主 ， 气层 越 厚 传 热 系数 越 大 。 空 关键词 ： 火焰 对 流 ；消 防服 ；热 防 护 性 能
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