《消防燃燒學(xué)》講義

1、第一部分 緒論第一節(jié) 前言一、消防燃燒學(xué)課程的形成與發(fā)展背景所謂燃燒，是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙的現(xiàn)象，在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，就是火災(zāi)，它是最常見的災(zāi)害之一。消防燃燒學(xué)是研究火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展和熄滅的基本規(guī)律，以及防火、防爆和滅火的一般原理的科學(xué)?，F(xiàn)在在世界范圍內(nèi)，不僅火災(zāi)發(fā)生的頻率增加，而且火災(zāi)向著多樣化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，由其引起的 直接損失及其防治費(fèi)用均呈上升趨勢(shì)。僅在我國(guó)，每年發(fā)生火災(zāi)十幾萬起，有6千人死于火災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)50億以上。因此，預(yù)防和控制火災(zāi)對(duì) 保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全具有極其重要的意義。 為了預(yù)防和控制火災(zāi)，

2、不僅要增加監(jiān)測(cè)和撲救的人力和裝備，更要研究火災(zāi)燃燒發(fā)生、發(fā)展和熄滅的基本規(guī)律及防火、防爆和滅火的一般原理，把火災(zāi)防治建立在對(duì)火災(zāi)燃燒過程科學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，為火災(zāi)的預(yù)防與控制提供理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以不斷適應(yīng)當(dāng)今消防科技發(fā)展進(jìn)程中火災(zāi)認(rèn)識(shí)科學(xué)化和火災(zāi)預(yù)防與控制工程化這一深刻變革，順應(yīng)新形勢(shì)下消防工作對(duì)高素質(zhì)、專家型人才培養(yǎng)的要求。所有這些，為消防燃燒學(xué)課程的形成與發(fā)展提供了深厚的現(xiàn)實(shí)背景。二、消防燃燒學(xué)課程的主要內(nèi)容1、物理、化學(xué)基礎(chǔ)包括燃燒反應(yīng)速度、熱量傳遞和物質(zhì)傳遞理論以及燃燒有關(guān)參數(shù)的計(jì)算等內(nèi)容。2、著火、滅火理論包括可燃物著火方式、熱著火理論、鏈鎖反應(yīng)理論、著火和滅火條件、著火感應(yīng)期、最

3、小引燃能以及火焰?zhèn)鞑サ葍?nèi)容。3、可燃物質(zhì)燃燒特點(diǎn)包括可燃?xì)怏w爆炸條件、爆轟理論、有關(guān)參量計(jì)算及其預(yù)防措施；可燃液體閃燃規(guī)律、石油及其產(chǎn)品著火后的沸溢和噴濺問題；可燃固體的燃燒模式、阻燃機(jī)理、粉塵和火炸藥爆炸問題。4、室內(nèi)火災(zāi)燃燒特征包括室內(nèi)火災(zāi)燃燒的主要特點(diǎn)、發(fā)展階段、轟燃的本質(zhì)與特點(diǎn)、煙氣的流動(dòng)特征、室內(nèi)火災(zāi)過程的計(jì)算機(jī)模擬、火災(zāi)?；嗨评碚摰取?、火災(zāi)燃燒實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括各類可燃物質(zhì)燃燒或爆炸的特性及有關(guān)參數(shù)測(cè)定；火災(zāi)模化實(shí)驗(yàn)；計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，等等。三、消防燃燒學(xué)課程的基本特點(diǎn)1、新興學(xué)科消防燃燒學(xué)是一門以火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展規(guī)律為研究對(duì)象的新興學(xué)科,是消防工程學(xué)科的基礎(chǔ)理論部分。首先，工業(yè)燃燒學(xué)的

4、研究目的是如何把燃料中的化學(xué)能通過燃燒反應(yīng)充分地釋放出來，轉(zhuǎn)變成熱能、機(jī)械能加以利用；消防燃燒學(xué)的研究目的怎樣不使可燃物質(zhì)發(fā)生燃燒反應(yīng)，或怎樣使燃燒盡快熄滅。其次，消防燃燒學(xué)研究的對(duì)象比工業(yè)燃燒學(xué)要豐富得多，一切可燃物質(zhì)都是其研究的對(duì)象。再次，工業(yè)燃燒學(xué)的研究局限在燃燒室、窯爐等較低小空間范圍內(nèi)，而消防燃燒學(xué)的研究涉及從一間房、一棟樓等到建筑群、森林、草原等的較大空間。2、交叉學(xué)科火災(zāi)燃燒是一個(gè)受多種物理和化學(xué)因素影響的復(fù)雜過程，例如，影響一般化學(xué)反應(yīng)的因素，必然會(huì)影響燃燒這種特殊的化學(xué)反應(yīng)；燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量要傳遞，熱量的傳遞會(huì)引起溫度場(chǎng)變化，而溫度場(chǎng)變化又會(huì)對(duì)燃燒產(chǎn)生影響；可燃物、助燃物及

5、產(chǎn)物在燃燒過程中的混合、擴(kuò)散、流動(dòng)都直接影響燃燒的進(jìn)程。因此，這一學(xué)科是在基礎(chǔ)化學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)和流體力學(xué)等學(xué)科的結(jié)合點(diǎn)上生長(zhǎng)起來的交叉研究領(lǐng)域。3、實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科火災(zāi)燃燒的規(guī)律兼有確定性和隨機(jī)性，研究的主要手段是針對(duì)其確定性的模擬研究和針對(duì)其隨機(jī)性的統(tǒng)計(jì)分析以及二者的綜合。因此，大規(guī)模實(shí)驗(yàn)技術(shù)、小規(guī)模模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)及計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等在本學(xué)科的研究中得到了廣泛應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出很多燃燒或爆炸現(xiàn)象的規(guī)律和特性。4、不斷發(fā)展的學(xué)科由于火災(zāi)燃燒的復(fù)雜性，消防燃燒學(xué)還很不完善，有的內(nèi)容還處于一種描述性、半經(jīng)驗(yàn)性的階段，對(duì)于不少問題還只能給出定性的解釋。但是，人類與火災(zāi)斗爭(zhēng)實(shí)踐

6、的迫切需要，通過實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)積累資料的不斷豐富，必將促進(jìn)消防燃燒學(xué)這門學(xué)科的迅速發(fā)展。四、消防燃燒學(xué)課程的地位與作用1、核心地位由于消防燃燒學(xué)著重研究物質(zhì)燃燒發(fā)生、發(fā)展和熄滅的基本規(guī)律以及防火、防爆和滅火的一般原理，即本課程著重講述的是消防工程專業(yè)所需要的火災(zāi)燃燒理論及相關(guān)知識(shí)，突出了消防工程、電子信息工程、核生化消防、消防指揮和消防管理等消防各專業(yè)的特色，因此該課理應(yīng)成為了這些專業(yè)的核心課程。2、突出地位消防燃燒學(xué)課程是消防工程專業(yè)教學(xué)中的一門重要的基礎(chǔ)理論課。它既是消防各專業(yè)的基礎(chǔ)理論課與專業(yè)理論課之間的橋梁，又直接為這些專業(yè)的諸如建筑防火、工業(yè)企業(yè)防火、電氣防火、核電站消防、滅火技術(shù)、火因

7、鑒定等眾多其他主要課程提供燃燒理論基礎(chǔ)。另外，燃燒理論與有關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)合，可以為物質(zhì)燃燒性能的評(píng)估提供理論依據(jù)；燃燒理論與有關(guān)管理知識(shí)結(jié)合，可以使消防管理工作更為系統(tǒng)、更為科學(xué)。因此，消防燃燒學(xué)課程的學(xué)習(xí)，對(duì)于夯實(shí)消防工程專業(yè)的專業(yè)主干課程基礎(chǔ)是非常重要的。3、增長(zhǎng)知識(shí)學(xué)習(xí)消防燃燒學(xué)課程，能使學(xué)員掌握各種物質(zhì)的燃燒條件和規(guī)律，以防火災(zāi)的發(fā)生。任何物質(zhì)發(fā)生燃燒，都需要一定的外界條件并遵循一定的規(guī)律。只有當(dāng)這些條件具備時(shí)，火災(zāi)才能按照一定的規(guī)律發(fā)生。研究認(rèn)識(shí)這些燃燒規(guī)律，消除這些著火條件，就能防止火災(zāi)的發(fā)生。學(xué)習(xí)消防燃燒學(xué)課程，也能使學(xué)員了解各種物質(zhì)熱爆炸的規(guī)律，以防爆炸事故的發(fā)生。無論可燃?xì)怏w、

8、可燃液體的蒸氣，還是可燃粉塵，當(dāng)它們與空氣按一定比例混合后，遇火源均會(huì)發(fā)生爆炸，這種因燃燒引起的爆炸，習(xí)慣上稱為“熱爆炸”。可燃?xì)馀c空氣混合后，在一定條件下還會(huì)產(chǎn)生破壞性比爆炸更大的爆轟現(xiàn)象。爆炸和爆轟的發(fā)生都必須具備一定的條件，并遵循一定的規(guī)律。研究認(rèn)識(shí)這些規(guī)律，在實(shí)際工作中消除這些條件，就能防止爆炸或爆轟的發(fā)生。學(xué)習(xí)消防燃燒學(xué)課程，還能使學(xué)員掌握物質(zhì)燃燒的規(guī)律和滅火條件，制定出最有效的滅火方案，盡快將火災(zāi)撲滅，使火災(zāi)損失減少到最小程度。4、培養(yǎng)能力學(xué)員利用所掌握的可燃性物質(zhì)燃燒或爆炸基本規(guī)律、特性和防火、滅火基本原理等方面的知識(shí)，分析和解決實(shí)際火災(zāi)或爆炸事故及其預(yù)防和控制等方面問題的能力，

9、包括將這些知識(shí)與其他相關(guān)課程的知識(shí)有機(jī)結(jié)合與融會(huì)貫通的能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的知識(shí)基礎(chǔ)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)員觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和動(dòng)手操作的能力，即觀察一些典型物質(zhì)的閃燃、燃燒、爆炸、火焰?zhèn)鞑?、回火及阻火等基本?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析這些現(xiàn)象存在的根本原因，學(xué)會(huì)燃燒溫度、自燃點(diǎn)、爆炸極限、閃點(diǎn)、氧指數(shù)及熱分解溫度等基本參數(shù)測(cè)定的基本操作，籍此初步培養(yǎng)學(xué)員辨證思維的能力和科學(xué)研究的能力，全面提高學(xué)員的綜合素質(zhì)。第二節(jié) 緒論一、人類的燃燒的認(rèn)識(shí)過程 燃燒俗稱火，早在遠(yuǎn)古時(shí)代，人類就開始用火了。然而，人類真正認(rèn)識(shí)火的本質(zhì)，科學(xué)地解釋這一現(xiàn)象，則是從氧的發(fā)現(xiàn)開始的，至今只有兩百多年的歷史。 在古代

10、，人們?cè)谟没鸬耐瑫r(shí)產(chǎn)生了許多有關(guān)火的傳說，例如我國(guó)的五行說：“金、木、水、火、土”；古希臘的四元說：“水、土、火、氣”；古印度的四大說：“地、水、火、風(fēng)”等，其中都有火。在古人看來，火是萬物之源，火能化育萬物。但由于科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力水平的限制，在那時(shí)人們不可能再進(jìn)一步探究火的本質(zhì)。 到了近代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，火在工業(yè)技術(shù)中的應(yīng)用日益廣泛，例如制陶、冶金等，這就使得人們迫切的想要弄清火的本質(zhì)，于是產(chǎn)生了種種對(duì)燃燒現(xiàn)象的解釋。其中影響最深，流行時(shí)間最長(zhǎng)的一種學(xué)說是歐洲的“燃素說”。 “燃素說”認(rèn)為，火是由無數(shù)細(xì)小的微粒構(gòu)成的物質(zhì)實(shí)體，這種火的微粒就是燃素。按照燃素說，所有

11、的可燃物質(zhì)都含有燃素，并在燃燒時(shí)釋放出來，變成灰燼；不含燃素的物質(zhì)不能燃燒；物質(zhì)燃燒之所以需要空氣，是由于空氣能夠吸收燃素。 燃素說曾解釋過許多燃燒現(xiàn)象，并對(duì)科學(xué)的發(fā)展起過一定的積極作用，但燃素說畢竟是一種憑空臆造出來的學(xué)說，因此它不能解釋全部的燃燒現(xiàn)象，也必定經(jīng)不住實(shí)踐的考驗(yàn)。燃素說在歐洲流行了一個(gè)多世紀(jì)，雖然許多人對(duì)它提出了懷疑，但誰也提不出更好的理論。直到18世紀(jì)下半葉，氧被發(fā)現(xiàn)后，燃燒的秘密才被揭開，從而也宣告了燃素說的破產(chǎn)。 1774年，英國(guó)化學(xué)家普利斯特利在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了氧。在此基礎(chǔ)上，法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納和分析，終于在人類歷史上第一次提出了科學(xué)的燃

12、燒學(xué)說燃燒的氧學(xué)說，并于1777年公布于世。這一學(xué)說的中心思想是：燃燒是可燃物與氧的化合反應(yīng)，同時(shí)放出光和熱。 現(xiàn)代化學(xué)表明，燃燒是可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光和發(fā)煙現(xiàn)象?？梢?，燃燒的氧學(xué)說距離現(xiàn)代燃燒學(xué)說只有一步之遙了。二、燃燒與人類文明的關(guān)系 火的認(rèn)識(shí)和利用，對(duì)人類的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。首先，因?yàn)槔昧嘶?，人們才吃上了熟食，改變了茹毛飲血的?dòng)物般的生活，使人的大腦逐漸發(fā)達(dá)。其次，火的利用，極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。最初，火被用釀造、制陶；稍后，火又被用于冶煉；到了19世紀(jì)，由燃燒提供動(dòng)力的蒸汽機(jī)的發(fā)明和廣泛使用，促進(jìn)了近代工業(yè)和資本主義的發(fā)展；直到今天，現(xiàn)代科

13、技高度發(fā)達(dá)，但不論是人們的衣食住行，還是工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，都離不開火?？傊?，人類文明是伴隨著火的應(yīng)用二發(fā)展的。可以說，沒有火的利用，就沒有今天的物質(zhì)文明和精神文明。所以說，一部人類文明進(jìn)步史，就是一部人類用火史。 然而，世界上的一切事物都是一分為二的，火雖然給人類帶來現(xiàn)代文明，但燃燒一旦失去控制，又會(huì)給人來帶來災(zāi)難。這種失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害叫做火災(zāi)。一般而言，社會(huì)越發(fā)展，物質(zhì)越豐富，火災(zāi)發(fā)生的頻率和造成的損失就越大。近幾年來，我國(guó)的火災(zāi)形勢(shì)十分嚴(yán)峻，無論是火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)、死亡人數(shù)，還是火災(zāi)的直接經(jīng)濟(jì)損失，都是前所未有的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1993年全國(guó)共發(fā)生火災(zāi)38094起，死亡2467人，傷5977

14、人，直接經(jīng)濟(jì)損失11.2億元；1994年全國(guó)共發(fā)生火災(zāi)39359起，死亡2851人，傷4266人，直接經(jīng)濟(jì)損失12.5億元。因此，在最大限度地利用燃燒使之為人類服務(wù)的同時(shí)，如何防止火災(zāi)的發(fā)生，以及如何迅速的撲滅已發(fā)生的火災(zāi)，就成為消防科技工作者的一個(gè)重要研究課題。消防燃燒學(xué)即由此應(yīng)運(yùn)而生。第一章 燃燒的化學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)等方面的知識(shí)對(duì)燃燒的研究起著重要作用。第一節(jié) 燃燒的本質(zhì)和條件 一、燃燒的本質(zhì) 所謂燃燒，是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙的現(xiàn)象。燃燒區(qū)的溫度較高，使其中白熾的固體粒子和某些不穩(wěn)定（或受激發(fā)）的中間物質(zhì)分子內(nèi)電子能級(jí)躍遷，從

15、而發(fā)出各種波長(zhǎng)的光；發(fā)光的氣相燃燒區(qū)就是火焰，它的存在是燃燒過程中最明顯的標(biāo)志；由于燃燒不完全等原因，會(huì)使產(chǎn)物中混有一些微小顆粒，這樣就形成了煙。 從本質(zhì)上講，燃燒是一種氧化還原反應(yīng)，但其放熱、發(fā)光、發(fā)煙、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化還原反應(yīng)。 如果燃燒反應(yīng)速度極快，則因高溫條件下產(chǎn)生的氣體和周圍氣體共同膨脹作用，使反應(yīng)能量直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，在壓力釋放的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)光、熱和聲響，這就是所謂的爆炸。它與燃燒沒有本質(zhì)差別，而是燃燒的常見表現(xiàn)形式。 現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)很多燃燒反應(yīng)不是直接進(jìn)行的，而是通過游離基團(tuán)和原子這些中間產(chǎn)物在瞬間進(jìn)行的循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這里，游離基的連鎖反應(yīng)是燃燒反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，光和熱是燃燒過程中的物理現(xiàn)象。 二、燃燒的條件及其在消防中的應(yīng)用 （一）燃燒的條件 燃燒現(xiàn)象十分普遍，但其發(fā)生必須具備一定的條件。作為一種特殊的氧化還原反應(yīng)，燃燒反應(yīng)必須有氧化劑和還原劑參加，此外還要有引發(fā)燃燒的能源。 1.可燃物（還原劑） 不論是氣體、液體還是固體，也不論是金