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正确地认识和掌握火灾发展特性对消防灭火救援有着至关重要的意义。了解火灾不同燃烧阶段的特点,并采取相应有效的战术措施,可以更好地规划和实施灭火救援行动,最大限度地减少人员伤亡和财产损失。本章主要通过对火灾的发展进程、燃料控制型火灾和通风控制型火灾的研究来说明火灾发展特性。 3.1 室内火灾发展进程 对火灾发展进程的了解是有效应对火灾的关键。火灾往往不是一个静态的事件,而是一个动态的过程,每个阶段都有其独特的特点和挑战。如图3-1所示,火灾的发展进程分为3个阶段:初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。消防员需要根据火灾所处的具体阶段来调整其应对策略,可更有效地控制火势。 1. 初期增长阶段 在室内火灾的初期增长阶段,火源点燃后,火焰体积相对较小,火势以较为缓慢的速度蔓延,此时火灾的燃烧发展状况很大程度上取决于空气的含氧量,其发展方向一般有2个(图3-2): (1)氧气不足导致火焰逐渐熄灭。当室内空间较小且门窗紧闭,或者燃料之间的摆放位置较远,空间内的空气供应不足,火势无法继续蔓延,从而使得燃烧逐渐转弱而熄灭。若在这时增加通风或改变燃料摆放位置,燃烧或可再次发展。 (2)氧气充足使得火灾持续发展。在室内通风条件足够良好、空气供给充分的情况下,火焰体积逐渐增大,室内温度急速上升,烟气开始在天花板上积聚,但中性面以下的空间仍然可以供被困者短时间内生存。随着燃烧的继续,可燃物继续热分解释放可燃气体,积聚于天花板的浓烟及可燃气体会沿着水平方向蔓延,而燃烧所发出的热辐射会向四面扩散,并使室内其他物体进行热分解。当室内温度上升至约600~700℃时,所有积聚于天花板的可燃气体会在短时间内全面燃烧,并产生大量热辐射,迫使室内所有物体同一时间燃烧,最后变成一处全面燃烧的火场。这个阶段的持续时间和温度受到多种因素的影响,包括空间大小、可燃物种类和氧气含量等,并且该阶段常常会发生轰燃现象,导致火灾提前进入充分发展阶段 2. 充分发展阶段 在这个阶段,火势在室内急剧蔓延,并且燃烧强度持续增加,使热释放速率逐渐达到顶峰。由于大量可燃物质开始燃烧,室内温度迅速上升,可能超过1000℃,从而对室内设备和建筑结构本身造成严重的危害。如果不能及时控制火势,甚至可能导致建筑物的部分或全部倒塌,引发更加严重的后果。由于火场受到燃料主导,燃烧会产生大量的可燃气体,高温火焰和可燃气体会从起火室迅速扩散,使火势蔓延到附近区域,甚至一部分的火焰可能会从门窗中冒出,延伸到室外。 充分发展阶段的火场可以持续很长时间,有时甚至能够持续几个小时,主要取决于室内可燃物的储量。通常情况下,温度会保持在800~900℃,只要仍然有可燃物供应,并且氧气供应充足,温度就会保持在这一水平。这个阶段被认为是火灾中最危险的,火势可能已经处于完全失控的状态,给消防员带来了极大的挑战。 3. 衰减阶段 室内火场由于全面燃烧而耗尽燃料,因此火势逐渐减弱,室内温度也逐渐下降,进入火灾衰减阶段。在这个阶段,火场中
热对流又称对流,是指流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混引起热量传递的现象(图5 - 9)。由于流体中存在温度差,在发生对流的同时,也必然存在导热现象,但导热在整个传热中处于次要地位。工程上常把具有相对位移的流体与所接触的固体表面之间的热传递过程称为对流换热。 对流换热主要有两种形式:自然对流和强迫对流。在自然对流中,气体在材料上流动的速度是由于气体表面和气体之间的温差所产生的浮力引起热气流的流动。强迫对流则是指流动在材料上的气体速度是由外部施加的(如外部风力、送风机),强迫对流是造成风驱火(由风的作用引起异常加速或扩散的任何火灾)的一个重要因素。 一般来说,建筑发生火灾的过程中,通风孔洞面积越大,热对流的速度越快;通风孔洞所处位置越高,对流速度越快。热对流是在流体流动过程中发生热量传递的现象,对初期火灾的发展起重要作用,由于火灾中引起大多数热运动的最主要的传热方式是对流,热烟气(热对流)能向各个方向传递热量,因此在很大程度上也就决定了火灾的基本特性。 3. 热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。辐射有多种类型,如果发射的辐射能是物体内部与温度有关的内能所转化的,则称为热辐射(图5 - 10)。与导热和对流不同的是,热辐射在传递能量时不需要互相接触即可进行。最典型的例子是太阳向地球表面传递热量的过程。 辐射传热不需要介质,如固体、液体和气体都可以辐射热量。热量从燃烧区及烟火羽流中的热烟气(高于环境温度)向四面八方辐射。热辐射是促使建筑室内火灾及建筑之间火灾蔓延的重要形式,也是大火灾中的主要热量传递方式,决定着火灾的蔓延和发展。 5.4 火焰 火焰是燃烧反应的气体及固体的混合物,会释放可见光、红外线甚至是紫外线,其发射光谱依燃烧物质的化学成分及中间产物而定。火场中常见的物质燃烧会产生不同的火焰温度、颜色和形状,表5 - 1列出了一些火场中常见物质的燃烧特征。而在实际燃烧过程中,燃烧物质的性质、氧气供给和燃烧条件等因素都可能会导致火焰特征的变化。消防员可以从可燃物燃烧时发出火焰的形态从而判断燃烧的效能。而根据反应前的氧气与燃料的混合状态,我们可以将火焰分成扩散火焰和预混火焰两种类型。 表5 - 1 火场常见物质的燃烧特征 |物质名称|燃烧特征| |--|--| |木材|火焰温度约为600 - 1100℃,颜色为黄色或橙色。形状较高且较宽,通常有明显的火舌| |纸张|火焰温度约为200 - 250℃。颜色为黄色或橙色。纸张燃烧时形成的火焰较小而短,往往呈扇形| |石油产品(如汽油、柴油)|火焰温度约为500 - 800℃,颜色为黄色。形状较高,伴有明显的火苗| |天然气|火焰温度约为600 - 900℃,颜色为蓝色。形状较高且较细,非常明亮| |乙醇|火焰温度约为500 - 800℃。颜色为蓝色。形状较高而淡,燃烧较为清洁| |金属(如镁、锌)|火焰温度能达到1000℃以上。颜色为明亮的白色。形状通常较小而短暂,常伴有明显的火花| 1. 扩散火焰 扩散火焰(Diffusion Flame)是指在发生化学反应前,燃料和氧化剂是分开的,依靠分子扩散和整体的对流运动(湍流扩散)使反应物分子在某一区 (缺图)
热量传递有哪3种基本方式?并分别简述其特点。热量传递有热传导、热对流、热辐射3种基本方式。热传导又称导热,属于接触传热,是连续介质直接传递热量,燃烧物质之间没有发生相对宏观位移的一种传热方式,在气态、液态和固态物质中都可以发生,通常在固体物质之间最为明显,在固体内部只能依靠导热的方式传热,在流体中虽有导热现象但常被对流运动所掩盖,其快慢与温度差有直接关系(如图5 - 8所示)。热对流又称对流,是指流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混引起热量传递的现象,由于流体中存在温度差,发生对流时必然存在导热现象,但导热在整个传热中处于次要地位,工程上常把具有相对位移的流体与所接触的固体表面之间的热传递过程称为对流换热,对流换热主要有自然对流和强迫对流两种形式,自然对流中气体在材料上流动的速度由气体表面和气体之间的温差所产生的浮力引起热气流的流动,强迫对流是指流动在材料上的气体速度由外部施加(如外部风力、送风机),强迫对流是造成风驱火的一个重要因素,一般来说,建筑发生火灾时,通风孔洞面积越大、位置越高,热对流速度越快。热辐射则不需要中间介质,热量从火焰传递到可燃物上,会导致可燃物热分解、碳化或者起火,热量传递的驱动力是能量差(温差),即热量总是从高温向低温物体传递。 (缺图)