火災(zāi)在蔓延的過程中

火災(zāi)在蔓延的過程中第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一所謂陰燃，就是某些固體物質(zhì)無可見光的緩慢燃燒，通常產(chǎn)生煙和伴有溫度升高的現(xiàn)象。在物質(zhì)的燃燒性能試驗(yàn)方面，陰燃的定義是，在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，物質(zhì)發(fā)生的持續(xù)、有煙、無焰的燃燒現(xiàn)象。陰燃與有焰燃燒的主要區(qū)別是無火焰，與無焰燃燒的主要區(qū)別是能熱分解出可燃?xì)?。在一定條件下，陰燃可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?/p>

(一)陰燃的發(fā)生條件陰燃是固體材料特有的燃燒形式，但其能否發(fā)生，完全取決于固體材料自身的理化性質(zhì)及其所處的外部環(huán)境。很多固體材料，如紙張、鋸末、纖維織物、纖維板、膠乳橡膠及某些多孔熱固性塑料等，都能發(fā)生陰燃。這是因?yàn)檫@些材料受熱分解后能產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)的多孔炭，從而具備多孔蓄熱并使燃燒持續(xù)下去的條件。相反有些材料，如a一纖維素等，受熱時很少產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)的炭，所以難以發(fā)生陰燃。有些不易陰燃的固體經(jīng)過一些無機(jī)物溶液浸泡處理后，變得容易發(fā)生陰燃，這主要是因?yàn)檫@些無機(jī)物有助于炭化反應(yīng)的進(jìn)行，這些無機(jī)物主要包括：LiCl、LiOH、NaCl、NaOH、NaNO3、Na2SO3、FeCl2、FeSO4、AgNO3等；一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一有些物質(zhì)以粉末狀分散于能陰燃的固體中時，會中斷碳上的反應(yīng)晶格，降低炭生成量，從而能抑制陰燃的發(fā)生，這些無機(jī)物主要包括：S、CaC12、CuCl2、CaC12·2H2O、AlCl3·6H2O、MgC12·6H2O、NiC12·6H2O等，其中S的抑制陰燃效果最好。陰燃主要發(fā)生、固體物質(zhì)處于空氣不流通的情況下，如固體堆垛內(nèi)部的陰燃，處于密封性較好的室內(nèi)的固體陰燃，但也有暴露于外加熱流的固體粉塵層表面上發(fā)生陰燃的情況。無論哪種情況，陰燃的發(fā)生都要求有一個供熱強(qiáng)度適宜的熱源。因?yàn)楣釓?qiáng)度過小，固體無法著火；供熱強(qiáng)度過大，固體將發(fā)生有焰燃燒。在多孔材料中，常見的引起陰燃的熱源包括：

1、自燃熱源。固體堆垛內(nèi)的陰燃多半是自燃的結(jié)果，而堆積固體自燃的基本特征就是在堆垛內(nèi)部以陰燃反應(yīng)開始燃燒，然后緩慢向外傳播，直到在堆垛表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?/p>

2、陰燃本身成為熱源。一種固體正在發(fā)生著的陰燃，可能成為引燃源導(dǎo)致另一種固體陰燃，如香煙的陰燃常常引起地毯、被褥、木屑、植被等陰燃，進(jìn)而發(fā)生惡性火災(zāi)。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

3、有焰燃燒火焰熄滅后的陰燃。例如固體堆垛有焰燃燒的外部火焰被水撲滅后，由于水流沒有完全進(jìn)入堆垛內(nèi)部，那里仍處于熾熱狀態(tài)，因此可能發(fā)生陰燃；室內(nèi)固體在有焰燃燒過程中，當(dāng)空氣被消耗到一定程度時，火焰就會熄滅，接著固體燃燒以陰燃形式存在。此外，不對稱加熱、固體內(nèi)部熱點(diǎn)等，都有可能引起陰燃的發(fā)生。

(二)陰燃的傳播理論柱狀纖維素材料沿水平方向陰燃現(xiàn)象，能很好地說明陰燃傳播問題。圖4-22纖維素棒沿水平方向陰燃示意圖一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一研究表明，如果材料一端被適當(dāng)加熱，就開始發(fā)生陰燃，接著它沿著未燃區(qū)向另一端傳播。陰燃的結(jié)構(gòu)分為三個區(qū)域，如圖4-22所示。區(qū)域I：熱解區(qū)。在該區(qū)內(nèi)溫度急劇上升，并且從原始材料中揮發(fā)出煙。相同的固體材料，在陰燃中產(chǎn)生的煙與在有焰燃燒中產(chǎn)生的煙大不相同，因陰燃通常不發(fā)生明顯的氧化，其煙中含有可燃性氣體，冷凝成懸浮粒子的高沸點(diǎn)液體和焦油等，所以它是可燃的。在密閉的空間內(nèi)，陰燃煙的聚集能形成可燃（甚至爆炸）性混合氣體。曾發(fā)生過由于乳膠墊陰燃而導(dǎo)致的煙霧爆炸事故。區(qū)域II：炭化區(qū)。在該區(qū)中，炭的表面發(fā)生氧化并放熱，溫度升高到最大值。在靜止空氣中，纖維素材料陰燃在這個區(qū)域的典型溫度為600oC~750oC。該區(qū)產(chǎn)生的熱量一部分通過傳導(dǎo)進(jìn)入原始材料，使其溫度上升并發(fā)生熱解，熱解產(chǎn)物（煙）揮發(fā)后就剩下炭。對于多數(shù)有機(jī)材料，完成這種分解、炭化過程，要求溫度大于250oC~300oC。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一區(qū)域III：殘余灰／炭區(qū)。在該區(qū)中，灼熱燃燒不再進(jìn)行，溫度緩慢下降。因?yàn)殛幦紓鞑ナ沁B續(xù)的，所以實(shí)際上以上各區(qū)域間并無明顯界限，其間都存在逐漸變化的過渡階段。陰燃能否傳播及傳播速度快慢主要取決于區(qū)域II的穩(wěn)定及其向前的熱傳遞情況。為了能從理論上說明陰燃的傳播速度，將區(qū)域I和區(qū)域II之間的界面定為燃燒起始表面。由于穿過這一界面的傳熱速率決定了陰燃的傳播速度，因此在靜止空氣中，陰燃傳播速度可表示為：

(4-39)式中，vag是陰燃的傳播速度；q是穿過燃燒起始表面的凈傳熱量；ρ是固體材料（堆積）的密度；Δh是單位質(zhì)量的材料從環(huán)境溫度上升到著火溫度時熱燴的變化量。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)著火溫度與區(qū)域II的最高溫度Tmax相差不太大時，環(huán)境溫度（即材料的初始溫度）為To材料的熱容為C，則有：(4-40)

假定熱傳遞是通過導(dǎo)熱進(jìn)行的，且為似穩(wěn)態(tài)傳熱，則有：(4-41)式中，K是材料的導(dǎo)熱系數(shù)；x是傳熱距離。將式（4-40）和（4-41）代人式（4-39）中，得：(4-42)式中，α是熱擴(kuò)散系數(shù)。盡管用式（4-42）確定的陰燃的傳播速度比較粗略，但其數(shù)量級是比較可靠的。例如，絕緣纖維板實(shí)際陰燃的傳播速度的數(shù)量級為10-2mm/s，這和用式（4-42）計(jì)算的結(jié)果基本相符。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

(三)陰燃的影響因素陰燃是一種十分復(fù)雜的燃燒現(xiàn)象，受到多方面因素的影響。這些因素主要包括：

1、固體材料的性質(zhì)和尺寸實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)地松軟、細(xì)微、雜質(zhì)少的材料陰燃性能好。這是由于這類材料的保溫性能和隔熱性能都比較好，熱量不容易散失。棉花就是這類材料的典型代表。單一材料的尺寸（主要指直徑）對陰燃的影響很復(fù)雜，難以得出統(tǒng)一結(jié)論。粉塵層尺寸對陰燃的影響可從厚度和粒徑兩個方面說明。對于細(xì)小粒徑的粉塵層，在一定范圍內(nèi)，隨著厚度減小，陰燃的傳播速度增加，但厚度減小到一定程度后，陰燃的傳播速度反而減小，而且存在維持粉塵層陰燃的厚度下限，如表4-1所列。這種影響可解釋為：厚度較大，空氣較難進(jìn)入陰燃區(qū)；厚度太小，熱量損失太大。表4-1不同粒徑軟木粉陰燃的厚度極限*伴有灼熱燃燒一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆粒徑（mm）0.51.02.03.6厚度下限（mm）~12~36~47~36*第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一從該表可看出，隨著粒徑增大，厚度下限增加，但粒徑增大到一定程度后，由于伴有灼熱燃燒，厚度下限反而減小。對于一定厚度粉塵層，隨著粒徑減小，陰燃傳播速度緩慢增加。盡管粒徑減小，空氣進(jìn)入陰燃區(qū)的難度增大，但因此改進(jìn)了絕熱條件，減少了熱損失，而粉塵層陰燃行為特征表明，后一種作用稍微占有優(yōu)勢，所以傳播速度稍有增加。由于類似原因，粉塵層堆積密度減小，陰燃傳播速度也會增加。

2、外加空氣流（風(fēng)）速度試驗(yàn)表明，受到外加空氣流作用的粉塵層，陰燃厚度下限會明顯減小。外加空氣流速度增加，陰燃傳播速度也明顯增大，尤其當(dāng)空氣流動方向與陰燃傳播方向一致時。這除了因?yàn)榭諝饬鞔龠M(jìn)了氧向陰燃區(qū)的傳輸外，還因?yàn)樵黾恿藚^(qū)域II向區(qū)域I傳遞的熱量。對于粗大粒徑的粉塵，這種影響效果更加顯著。如果空氣流速度過大，陰燃就會轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?。一、陰?二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一增加環(huán)境中的氧濃度，陰燃傳播速度也明顯增大，這也是因?yàn)檠跸蜿幦紖^(qū)的擴(kuò)散速率得以加強(qiáng)。由于燃燒區(qū)的最高溫度與氧濃度有著直接關(guān)系，即氧濃度越高，燃燒區(qū)溫度越高，所以上述外加空氣流或環(huán)境中氧濃度對陰燃的影響同時也表明了燃燒區(qū)的最高溫度對陰燃的影響。試驗(yàn)結(jié)果也說明，區(qū)域II內(nèi)最高溫度增加，陰燃傳播速度也增大。公式（4-42）中，由于忽略了很多影響陰燃的實(shí)際因素，所以沒有體現(xiàn)出陰燃傳播速度與區(qū)域II最高溫度的這種關(guān)系。

3、陰燃的傳播方向?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)，相同的固體材料在相同的環(huán)境條件下，向上傳播陰燃速度最快，水平傳播的陰燃次之，向下傳播的陰燃速度最慢。這表明向上傳播的陰燃狀態(tài)更加危險。一般解釋如下：對于向上傳播的陰燃，燃燒或熱解產(chǎn)物受浮力作用流向材料未燃部分，對其起到預(yù)熱作用，而且這種情況下氧進(jìn)入?yún)^(qū)域II的阻礙作用較?。慌c此相反，向下傳播的陰燃就不存在這種“預(yù)熱”作用，而且這種情況對向區(qū)域II擴(kuò)散供氧不利；水平傳播的陰燃情況居中。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

4、雙元材料體系的陰燃有些高聚物泡沫（例如高彈性的柔性聚氨醋泡沫）單獨(dú)存在時是難以陰燃的，但是如果它們與許多象織物類的材料組成雙元材料體系時，就可以發(fā)生陰燃。這說明某些易陰燃材料對其他一些難陰燃材料的陰燃起決定性作用。如圖4-23所示。圖4-23織物/泡沫體系陰燃的相互作用示意圖如果泡沫材料陰燃是在靜止的空氣中發(fā)生的，區(qū)域II所達(dá)到的最高溫度不會超過400oC，它明顯地低于纖維素陰燃區(qū)域II的最高溫度（≥600oC），這可能是某些泡沫材料單獨(dú)存在時難以阻燃的主要原因。

一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一即使在圖4-23所示的情形中，泡沫陰燃傳播速度也是比較慢的。還有人提出，這些泡沫的陰燃傳播機(jī)理涉及到穿過稀疏網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的輻射傳熱問題。除了上述影響因素外，固體材料的陰燃特性還受到其中雜質(zhì)的影響。另外，濕度對陰燃不利，這是因?yàn)闈穸仁共牧系奈慈疾糠譄崛菰龃?，使熱分解對熱量的需求增加，限制了陰燃傳播?/p>

(四)陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變是陰燃研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。有利于陰燃的上述因素也都有利于陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變，如外加空氣流有利于這種轉(zhuǎn)變；向上傳播的陰燃比向下傳播的陰燃更容易向有焰燃燒轉(zhuǎn)變；棉花等松軟、細(xì)微材料的陰燃很容易轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?，等等?？傮w上講，當(dāng)區(qū)域II溫度增加時，由于熱傳導(dǎo)使得區(qū)域I溫度上升，熱解速率加快，揮發(fā)份增多，這時區(qū)域I附近空間可燃?xì)獾臐舛燃哟蟆．?dāng)這個濃度達(dá)到某一值時，若有明火即可引燃；如果沒有明火，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，也可自燃著火。這就完成了陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變。由于這一轉(zhuǎn)變過程非穩(wěn)態(tài)的，要準(zhǔn)確確定轉(zhuǎn)變溫度是很難的。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一概括地講，陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變主要有以下幾種情形：

1、陰燃從材料堆垛內(nèi)部傳播到外部時轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵诓牧隙讯鈨?nèi)部，由于缺氧，只能發(fā)生陰燃。但只要陰燃不中斷傳播，它終將發(fā)展到堆垛外部，由于不再缺氧，就很可能轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?/p>

2、加熱溫度提高，陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵幦贾墓腆w材料受到外界熱量的作用時，隨著加熱溫度的提高，區(qū)域I內(nèi)揮發(fā)份的釋放速率加快。當(dāng)這一速率超過某個臨界值后，陰燃就會發(fā)展為有焰燃燒。這種轉(zhuǎn)變也能在材料堆垛內(nèi)部發(fā)生。

3、密閉空間內(nèi)材料的陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵ㄉ踔赁Z燃）在密閉的空間內(nèi)，因供氧不足，其中的固體材料發(fā)生著陰燃，生成大量的不完全燃燒產(chǎn)物充滿整個空間。這時，如果突然打開空間的某些部位，因新鮮空氣進(jìn)入，在空間內(nèi)形成可燃性混合氣體，進(jìn)而發(fā)生有焰燃燒，也有可能導(dǎo)致轟燃。這種陰燃向轟燃的突發(fā)性轉(zhuǎn)變是非常危險的。一、陰燃*二、轟爆小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

(一)轟燃的定義及判據(jù)轟燃標(biāo)志著室內(nèi)火災(zāi)由初期階段向充分發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變，因此應(yīng)當(dāng)對這一重要概念給出比較準(zhǔn)確的定義，以便可依據(jù)它分析那些決定火災(zāi)發(fā)展的因素。對于這一概念已有過不少定義，其中常見的有：

(1)室內(nèi)火災(zāi)由局部火向大火的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后，室內(nèi)所有可燃物表面都開始燃燒；

(2)室內(nèi)燃燒由燃料控制向通風(fēng)控制的轉(zhuǎn)變；

(3)在室內(nèi)頂篷下方積聚的未燃?xì)怏w或蒸汽突然著火而造成火焰迅速擴(kuò)展。

Martin等分析了這些定義后指出，定義（2）實(shí)際上是定義（1）的結(jié)果，因而不是基本定義；定義（3）是根據(jù)發(fā)生轟燃時經(jīng)常出現(xiàn)的火焰外竄現(xiàn)象定義的，它只表明發(fā)生了預(yù)混燃燒，并未突出由于高溫對可燃物的傳熱而引起的可燃蒸汽的大量生成，因而該定義本身并不能說明火災(zāi)向充分發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變。事實(shí)上在轟燃前，火焰有時也能從窗口竄出來，例如當(dāng)初期火災(zāi)發(fā)展很快時，可在室內(nèi)尚無明顯的煙氣積累時就在頂篷下方產(chǎn)生擴(kuò)展火焰，它很容易竄到室外。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一人們通常使用第一種定義，但它有一定的適用范圍，比如不適用于非常長或非常深的房間，顯然在那些特殊的空間內(nèi)，所有可燃物同時被點(diǎn)燃在物理上是不可能的。室內(nèi)剛起火時，火區(qū)的發(fā)展比較緩慢，與敞開燃燒差不多。若可燃物和通風(fēng)條件都適當(dāng)，則到一定時候火區(qū)就會迅速增大，并擴(kuò)展到所有可燃物表面上。一旦出現(xiàn)這種情況就說室內(nèi)發(fā)生了轟燃。為了定量說明室內(nèi)是否發(fā)生了轟燃，還需要一定的判據(jù)，對此人們進(jìn)行過不少實(shí)驗(yàn)研究。其中Waterman的結(jié)果較有代表性。實(shí)驗(yàn)是在長寬高為3.64m×3.64m×2.43m的房間內(nèi)進(jìn)行的，并以放在地板上的紙質(zhì)物體被引燃作為充分發(fā)展火災(zāi)的起始。其結(jié)論是，要使室內(nèi)發(fā)生轟燃，地板平面處至少要接收到20kW/m2的熱通量。這些熱通量大部分來自房間上部的熱表面和熱煙氣層，小部分直接來自可燃物上方的火焰。實(shí)驗(yàn)中還觀察到，如果可燃物的燃燒速率達(dá)不到40g/s，室內(nèi)是不會發(fā)生轟燃的。另外還有人提出以頂棚溫度接近600oC作為轟燃的判據(jù)，例如Hugglund等。這也是在不少實(shí)驗(yàn)中測量到的。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一需要指出這些實(shí)驗(yàn)所用的房間高度大都在2.7m左右，可以想到如果轟燃與由上部輻射到地板處的熱通量有關(guān)，那么發(fā)生轟燃時的頂棚溫度應(yīng)當(dāng)是房間高度的函數(shù)。Heselden等人的結(jié)果說明了這一問題。他們在1.0m高的小尺寸實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生轟燃時的頂篷溫度約為450oC。應(yīng)該指出，這一判據(jù)忽視了其他輻射熱源的影響，而這是不合理的。目前人們較多采用Waterman的判據(jù)，但對這一判據(jù)需要作如下說明：

(1)不同可燃物被引燃所需要的熱通量是有較大差別的，20kW/m2的熱通量對于紙質(zhì)物的自燃是足夠的，但對于較厚的木塊或其他可燃固體來說就顯得太小了。不過這樣大的熱通量能夠促使點(diǎn)火成功，并助長火焰在可燃物表面上蔓延。

(2)熱輻射是導(dǎo)致轟燃的主要傳熱方式。一般說來，房間地板外接收到的熱通量可來自以下幾種輻射源：①火焰，包括垂直上升火羽流和沿頂篷擴(kuò)展火焰；②房間上部所有的熱表面；③頂篷下方熱煙氣層。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一這些因素的相對重要性隨著火災(zāi)發(fā)展而變化，由哪一個控制出現(xiàn)轟燃取決于可燃物的性質(zhì)及通風(fēng)狀況。如果可燃物是甲醇，反饋回可燃物表面的熱通量主要來自室內(nèi)上部壁面，因其火焰和燃燒產(chǎn)物的發(fā)射率很低。實(shí)際火災(zāi)中是會產(chǎn)生大量煙氣的，這時轟燃的出現(xiàn)往往由熱煙氣層的臨界厚度和溫度決定。

Thomas等把轟燃與Semenov的著火熱模型類比后指出，可以認(rèn)為轟燃是室內(nèi)的一種熱力不穩(wěn)定狀態(tài)。出發(fā)點(diǎn)是假設(shè)可燃物的燃燒速率是溫度的函數(shù)，同時又受到空氣供應(yīng)速率的限制。由此出發(fā)提出了一種生轟燃的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，其中把熱釋放速率和熱損失速率都表示為溫度的函數(shù)，進(jìn)而對它們進(jìn)行比較?，F(xiàn)以圖4-24所示的簡化情形說明此模型的基本思想。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一圖4-24把轟燃作為熱力不穩(wěn)定狀態(tài)處理示意圖為了便于討論，現(xiàn)假設(shè)燃料床面積不變。釋熱速率隨溫度升高而快速升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)受空氣供應(yīng)速率限制時便認(rèn)為它不再變化了。圖中將這種釋熱速率曲線R與三條熱損失速率曲線L1，L2和L3進(jìn)行比較，后三者分別相應(yīng)于房間的體積逐漸縮小。通常釋熱速率曲線與熱損失速率曲線有三個交點(diǎn)，即A，B和C。A相應(yīng)于穩(wěn)定狀態(tài)下的通風(fēng)控制燃燒；C表示室內(nèi)存在小的局部范圍的燃燒，這時由房間上部反饋回來的熱量對其燃燒狀況影響不大；一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一B是個不穩(wěn)定點(diǎn)，對于初期增長的火災(zāi)來說，R和L都在慢慢增大。如果房間大小合適，B、C兩點(diǎn)將靠得很近，這樣室內(nèi)最終將達(dá)到一種臨界狀態(tài)，即燃燒速率的微小增加將會造成溫度和燃燒速率急劇跳到A點(diǎn)。Thomas等指出，出現(xiàn)這種跳躍便意味著發(fā)生了轟燃。他們還用這種模型解釋了室內(nèi)燃燒中的其他熱力不穩(wěn)定現(xiàn)象，并預(yù)言火災(zāi)中可能存在振蕩火焰，不久實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。

(二)轟燃所需要的條件

Hugglund等在長寬高為2.9m×3.75m×2.7m的房間里進(jìn)行了一系列木垛火實(shí)驗(yàn)，并通過連續(xù)稱重測量了可燃物的質(zhì)量燃燒速率，結(jié)果如圖4-25所示。圖4-25室內(nèi)轟燃所在的范圍（木垛火）一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一他們發(fā)現(xiàn)，若以火焰從通風(fēng)口竄出和頂棚下溫度達(dá)到600oC為轟燃判據(jù)，則轟燃只出現(xiàn)在圖中一段較狹窄的限定區(qū)域內(nèi)。當(dāng)燃燒速率低于80g/s時觀測不到轟燃現(xiàn)象，且這一極限值（）隨著通風(fēng)因子的增大而增大，其關(guān)系大致可用下式表示：(4-43)

當(dāng)0.8m5/2時，不會發(fā)生轟燃。但此式的應(yīng)用范圍是有限的，如前所述，超過一定值燃燒速率便與通風(fēng)狀況無關(guān)了，那時再用此式確定火災(zāi)向充分發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變就不合適了。雖然上述研究是在高為2.7m的特定房間內(nèi)進(jìn)行的，但它確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一條普遍的原則，即燃燒速率必須超過某一極限值并且維持一段時間才會發(fā)生轟燃。由此可以得出，如果某種家具燃燒速率足夠高，并可維持一定時間，一件家具也可導(dǎo)致轟燃。

一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一達(dá)到轟燃的極限燃燒速率是直接由實(shí)驗(yàn)測定出來的，但用極限釋熱速率表示轟燃似乎更合邏輯，這與Thomas指出轟燃是一種熱力不穩(wěn)定狀態(tài)的認(rèn)識相符。圖4-26轟燃前室內(nèi)火災(zāi)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型示意圖

McCaffery等發(fā)展了一種轟燃前室內(nèi)燃燒準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，把這種認(rèn)識又推進(jìn)了一步。他們按圖4-26所示的模型對室內(nèi)熱煙氣層進(jìn)行熱平衡計(jì)算，即：一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一(4-44)式中，是釋熱速率，可表示進(jìn)入熱氣層的全部能量；Cp和分別為離開房間的氣體的比熱和質(zhì)量流率；是通過輻射或?qū)α饔蔁釟鈱觽鹘o壁面的熱損失速率；T和To分別為熱氣層和環(huán)境的溫度。計(jì)算中假設(shè)熱氣層充分混合，溫度均勻。是由多項(xiàng)組成的，通常用下式表示：(4-45)式中，hk是有效傳熱系數(shù)；AT是房間的內(nèi)部當(dāng)量表面積。將此式代入式（4-46），并重新整理可得：(4-46)一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一在中性面以上離開房間的氣體的質(zhì)量流率滿足下述關(guān)系：(4-47)式中，ρo是環(huán)境空氣的密度。于是式（4-46）便可大體確定下來，能夠把ΔT/To表示為兩個無量綱參數(shù)的函數(shù)，即：(4-48a)或(4-48b)式中，X1和X2分別代表式（4-48a）中的兩個無量綱參數(shù)。常數(shù)C與指數(shù)n和m的值由實(shí)驗(yàn)確定。為了能夠用上式表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，必須知道hk的近似值，而hk是由火災(zāi)的發(fā)展過程和房間的邊界條件決定的。設(shè)室內(nèi)火災(zāi)的特征然燒時間為tc，房間邊界的熱穿透時間為tp，則當(dāng)tc>tp時，即熱量以穩(wěn)態(tài)形式傳到外界，hk可用下式近似確定：(4-49a)一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一式中，k是房間邊界材料的導(dǎo)熱系數(shù)；δ是邊界的厚度。如果tc<tp，即表示在火災(zāi)過程中邊界將用于存儲熱量，通過邊界外表面損失的熱量較小。為了簡化，一般用(αtc)1/2代替δ，(αtc)1/2稱為邊界材料的有效熱深度，在火災(zāi)過程中，這一層會被顯著加熱；α為熱擴(kuò)散系數(shù)。于是，hk可近似確定為：(4-49b)

如果房間邊界是由不同材料組成的，則hk的集總值應(yīng)當(dāng)根據(jù)各種材料的面積加權(quán)確定。如果墻壁和頂棚是一種材料（下標(biāo)W），地板是另一種材料（下標(biāo)F），hk可按下述公式計(jì)算：當(dāng)tc>tp時，(4-50a)

當(dāng)tc<tp時，(4-50b)一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一式中，AT是房間內(nèi)部表面的總面積。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很適合按式（4-48b）的形式進(jìn)行整理，進(jìn)行若干次線性回歸分析便可估算出指數(shù)n和m的值。McCaffery等分析了上百次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出可用下式描述氣體的溫升與無量綱參數(shù)X1和X2的關(guān)系：(4-51)計(jì)算中To取為295K。在求hk和AT時考慮了地板，并假設(shè)地板、墻壁和頂棚的傳熱特性差別不大。如果不考慮地板，數(shù)值會略有不同，但上式仍然適用，因?yàn)楹雎缘匕宓臒釗p失不會造成重要影響。參考式（4-51）中關(guān)于X1和X2的表示形式，重新整理該式，并令上層氣體溫度上升到500K作為轟燃開始的判據(jù)，將其他系數(shù)的相應(yīng)值代入，就可估算出發(fā)生轟燃時的火源功率：(4-52)

根號依賴關(guān)系表明，若hk、AT或A中的值一個參數(shù)增大了100％，火源的釋熱速率必須增加40％才可達(dá)到預(yù)定的轟燃判據(jù)。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一不同材料的絕熱性能差別很大，如果材料的絕熱性好，如隔熱纖維板、膨脹聚苯乙烯等，則發(fā)生轟燃時的火源功率（亦即火區(qū)體積）將小得多。應(yīng)當(dāng)指出，式（4-52）是由邊長為2.4±0.3m的接近正方體的房間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的，本身沒有包含房間高度，因此不能指望它適應(yīng)于幾何尺寸與此相差太大的房間。另外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是根據(jù)火源位于房間中央的情況得到的，故它也不大適用火源靠近墻壁或墻角的情況?？梢韵胂?，后兩種情況達(dá)到轟燃所需的最低燃燒速率將較小。Lee的實(shí)驗(yàn)亦證明這一點(diǎn)。他在3m×3m×2.3m的全尺寸房間中實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，火源位于房間中央時的為475kW；靠近墻壁時的為400kW，而靠近墻角時的為340kW。對于通風(fēng)嚴(yán)重受限的情況，此式也不適用，因?yàn)樵谶@種情況下關(guān)于熱氣層內(nèi)溫度均勻的假設(shè)將不成立了。為了能夠按式（4-52）估計(jì)室內(nèi)發(fā)生轟燃的可能，還應(yīng)當(dāng)了解室內(nèi)物品的實(shí)際釋熱速率。但是要準(zhǔn)確知道這種數(shù)據(jù)是困難的?，F(xiàn)在通常用質(zhì)量燃燒速率表示可燃物的燃燒特性，相對來說這種數(shù)值容易測定些。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一為了與式（4-52）所預(yù)計(jì)的發(fā)生轟燃時的火源功率比較，還應(yīng)當(dāng)把質(zhì)量燃燒速率換算為釋熱速率，這樣將帶來一些不確定因素。因?yàn)橐话阗Y料中給出的物質(zhì)的燃燒熱是指完全燃燒情況下放出的熱量，但火災(zāi)燃燒是很不完全的，很難確定火災(zāi)過程的燃燒效率，為此需要研究測定釋熱速率的方法。目前正在發(fā)展的一種方法是利用煙氣成分分析的數(shù)據(jù)并配合質(zhì)量燃燒速率的測量結(jié)果算出釋熱速率，現(xiàn)在已可對單件家具進(jìn)行測量。不過這種數(shù)據(jù)是在規(guī)定條件下測出的，有時不一定適用于其他條件下的室內(nèi)火災(zāi)。

(三)影響轟燃時間的有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究前面對發(fā)生轟燃的條件進(jìn)行了理論探討，指出了分析室內(nèi)初期火災(zāi)的基本方法。但是影響室內(nèi)火災(zāi)的具體因素很復(fù)雜，不是一般的簡化公式所能反映的。為了定量了解可燃物性質(zhì)和通風(fēng)狀況如何影響達(dá)到轟燃的時間，目前還必須依賴火災(zāi)實(shí)驗(yàn)。前些年，各國陸續(xù)開展了系列室內(nèi)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，其中以國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（CIB）的火災(zāi)分委員會（W14）組織的研究進(jìn)行的項(xiàng)目最多，得到的數(shù)據(jù)最全面。這一研究是在小尺寸的模擬房間中進(jìn)行的，用木棒垛作燃料床，測定八個變量的變化所產(chǎn)生的影響。一、陰燃二、轟爆*小節(jié)名第五節(jié)陰燃

和轟爆第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一下面介紹一下該研究的主要結(jié)果。在所有的實(shí)驗(yàn)中都仔細(xì)測定了下述時間：①從起火到火焰到達(dá)頂棚的