書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,所谓阴燃，就是某些固体物质无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟和伴有温度升高的现象。在物质的燃烧性能试验方面，阴燃的定义是，在规定的试验条件下，物质发生的持续、有烟、无焰的燃烧现象。阴燃与有焰燃烧的主要区别是无火焰，与无焰燃烧的主要区别是能热分解出可燃气。在一定条件下，阴燃可以转变为有焰燃烧。,(一)阴燃的发生条件,阴燃是固体材料特有的燃烧形式，但其能否发生，完全取决于固体材料自身的理化性质及其所处的外部环境。很多固体材料，如纸张、锯末、纤维织物、纤维板、胶乳橡胶及某些多孔热固性塑料等，都能发生阴燃。这是因为这些材料受热分解后能产生刚性结构的多孔炭，从而具备多孔蓄热并使燃烧持续下去的条件。相反有些材料，如a一纤维素等，受热时很少产生刚性结构的炭，所以难以发生阴燃。有些不易阴燃的固体经过一些无机物溶液浸泡处理后，变得容易发生阴燃，这主要是因为这些无机物有助于炭化反应的进行，这些无机物主要包括：LiCl、LiOH、NaCl、NaOH、NaNO,3,、Na,2,SO,3,、FeCl,2,、FeSO,4,、AgNO,3,等；,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,有些物质以粉末状分散于能阴燃的固体中时，会中断碳上的反应晶格，降低炭生成量，从而能抑制阴燃的发生，这些无机物主要包括：S、CaC1,2,、CuCl,2,、CaC1,2,2H,2,O、AlCl,3,6H,2,O、MgC1,2,6H,2,O、NiC1,2,6H,2,O等，其中S的抑制阴燃效果最好。,阴燃主要发生、固体物质处于空气不流通的情况下，如固体堆垛内部的阴燃，处于密封性较好的室内的固体阴燃，但也有暴露于外加热流的固体粉尘层表面上发生阴燃的情况。无论哪种情况，阴燃的发生都要求有一个供热强度适宜的热源。因为供热强度过小，固体无法着火；供热强度过大，固体将发生有焰燃烧。在多孔材料中，常见的引起阴燃的热源包括：,1、自燃热源。固体堆垛内的阴燃多半是自燃的结果，而堆积固体自燃的基本特征就是在堆垛内部以阴燃反应开始燃烧，然后缓慢向外传播，直到在堆垛表面转变为有焰燃烧。,2、阴燃本身成为热源。一种固体正在发生着的阴燃，可能成为引燃源导致另一种固体阴燃，如香烟的阴燃常常引起地毯、被褥、木屑、植被等阴燃，进而发生恶性火灾。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,3、有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃。例如固体堆垛有焰燃烧的外部火焰被水扑灭后，由于水流没有完全进入堆垛内部，那里仍处于炽热状态，因此可能发生阴燃；室内固体在有焰燃烧过程中，当空气被消耗到一定程度时，火焰就会熄灭，接着固体燃烧以阴燃形式存在。,此外，不对称加热、固体内部热点等，都有可能引起阴燃的发生。,(二)阴燃的传播理论,柱状纤维素材料沿水平方向阴燃现象，能很好地说明阴燃传播问题。,图4-22 纤维素棒沿水平方向阴燃示意图,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,研究表明，如果材料一端被适当加热，就开始发生阴燃，接着它沿着未燃区向另一端传播。阴燃的结构分为三个区域，如图4-22所示。,区域I：热解区。在该区内温度急剧上升，并且从原始材料中挥发出烟。相同的固体材料，在阴燃中产生的烟与在有焰燃烧中产生的烟大不相同，因阴燃通常不发生明显的氧化，其烟中含有可燃性气体，冷凝成悬浮粒子的高沸点液体和焦油等，所以它是可燃的。在密闭的空间内，阴燃烟的聚集能形成可燃（甚至爆炸）性混合气体。曾发生过由于乳胶垫阴燃而导致的烟雾爆炸事故。,区域II：炭化区。在该区中，炭的表面发生氧化并放热，温度升高到最大值。在静止空气中，纤维素材料阴燃在这个区域的典型温度为600,o,C 750,o,C。该区产生的热量一部分通过传导进入原始材料，使其温度上升并发生热解，热解产物（烟）挥发后就剩下炭。对于多数有机材料，完成这种分解、炭化过程，要求温度大于250,o,C300,o,C。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,区域III：残余灰炭区。在该区中，灼热燃烧不再进行，温度缓慢下降。,因为阴燃传播是连续的，所以实际上以上各区域间并无明显界限，其间都存在逐渐变化的过渡阶段。阴燃能否传播及传播速度快慢主要取决于区域II的稳定及其向前的热传递情况。,为了能从理论上说明阴燃的传播速度，将区域I和区域II之间的界面定为燃烧起始表面。由于穿过这一界面的传热速率决定了阴燃的传播速度，因此在静止空气中，阴燃传播速度可表示为：,(4-39),式中，,v,ag,是阴燃的传播速度；,q,是穿过燃烧起始表面的净传热量；,是固体材料（堆积）的密度；,h,是单位质量的材料从环境温度上升到着火温度时热烩的变化量。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,当着火温度与区域II的最高温度,T,max,相差不太大时，环境温度（即材料的初始温度）为,T,o,材料的热容为,C,，则有：,(4-40),假定热传递是通过导热进行的，且为似稳态传热，则有：,(4-41),式中，,K,是材料的导热系数；,x,是传热距离。,将式（4-40）和（4-41）代人式（4-39）中，得：,(4-42),式中，,是热扩散系数。,尽管用式（4-42）确定的阴燃的传播速度比较粗略，但其数量级是比较可靠的。例如，绝缘纤维板实际阴燃的传播速度的数量级为10-2mm/s，这和用式（4-42）计算的结果基本相符。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,(三)阴燃的影响因素,阴燃是一种十分复杂的燃烧现象，受到多方面因素的影响。这些因素主要包括：,1、固体材料的性质和尺寸,实验表明，质地松软、细微、杂质少的材料阴燃性能好。这是由于这类材料的保温性能和隔热性能都比较好，热量不容易散失。棉花就是这类材料的典型代表。,单一材料的尺寸（主要指直径）对阴燃的影响很复杂，难以得出统一结论。粉尘层尺寸对阴燃的影响可从厚度和粒径两个方面说明。对于细小粒径的粉尘层，在一定范围内，随着厚度减小，阴燃的传播速度增加，但厚度减小到一定程度后，阴燃的传播速度反而减小，而且存在维持粉尘层阴燃的厚度下限，如表4-1所列。这种影响可解释为：厚度较大，空气较难进入阴燃区；厚度太小，热量损失太大。,表4-1 不同粒径软木粉阴燃的厚度极限,*伴有灼热燃烧,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,从该表可看出，随着粒径增大，厚度下限增加，但粒径增大到一定程度后，由于伴有灼热燃烧，厚度下限反而减小。对于一定厚度粉尘层，随着粒径减小，阴燃传播速度缓慢增加。尽管粒径减小，空气进入阴燃区的难度增大，但因此改进了绝热条件，减少了热损失，而粉尘层阴燃行为特征表明，后一种作用稍微占有优势，所以传播速度稍有增加。由于类似原因，粉尘层堆积密度减小，阴燃传播速度也会增加。,2、外加空气流（风）速度,试验表明，受到外加空气流作用的粉尘层，阴燃厚度下限会明显减小。外加空气流速度增加，阴燃传播速度也明显增大，尤其当空气流动方向与阴燃传播方向一致时。这除了因为空气流促进了氧向阴燃区的传输外，还因为增加了区域II向区域I传递的热量。对于粗大粒径的粉尘，这种影响效果更加显著。如果空气流速度过大，阴燃就会转变为有焰燃烧。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,增加环境中的氧浓度，阴燃传播速度也明显增大，这也是因为氧向阴燃区的扩散速率得以加强。由于燃烧区的最高温度与氧浓度有着直接关系，即氧浓度越高，燃烧区温度越高，所以上述外加空气流或环境中氧浓度对阴燃的影响同时也表明了燃烧区的最高温度对阴燃的影响。试验结果也说明，区域II内最高温度增加，阴燃传播速度也增大。公式（4-42）中，由于忽略了很多影响阴燃的实际因素，所以没有体现出阴燃传播速度与区域II最高温度的这种关系。,3、阴燃的传播方向,实验发现，相同的固体材料在相同的环境条件下，向上传播阴燃速度最快，水平传播的阴燃次之，向下传播的阴燃速度最慢。这表明向上传播的阴燃状态更加危险。一般解释如下：对于向上传播的阴燃，燃烧或热解产物受浮力作用流向材料未燃部分，对其起到预热作用，而且这种情况下氧进入区域II的阻碍作用较小；与此相反，向下传播的阴燃就不存在这种“预热”作用，而且这种情况对向区域II扩散供氧不利；水平传播的阴燃情况居中。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,4、双元材料体系的阴燃,有些高聚物泡沫（例如高弹性的柔性聚氨醋泡沫）单独存在时是难以阴燃的，但是如果它们与许多象织物类的材料组成双元材料体系时，就可以发生阴燃。这说明某些易阴燃材料对其他一些难阴燃材料的阴燃起决定性作用。如图4-23所示。,图4-23 织物/泡沫体系阴燃的相互作用示意图,如果泡沫材料阴燃是在静止的空气中发生的，区域II所达到的最高温度不会超过400,o,C，它明显地低于纤维素阴燃区域II的最高温度（600,o,C），这可能是某些泡沫材料单独存在时难以阻燃的主要原因。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,即使在图4-23所示的情形中，泡沫阴燃传播速度也是比较慢的。还有人提出，这些泡沫的阴燃传播机理涉及到穿过稀疏网眼结构的辐射传热问题。,除了上述影响因素外，固体材料的阴燃特性还受到其中杂质的影响。另外，湿度对阴燃不利，这是因为湿度使材料的未燃部分热容增大，使热分解对热量的需求增加，限制了阴燃传播。,(四)阴燃向有焰燃烧的转变,阴燃向有焰燃烧的转变是阴燃研究的重点内容之一。有利于阴燃的上述因素也都有利于阴燃向有焰燃烧的转变，如外加空气流有利于这种转变；向上传播的阴燃比向下传播的阴燃更容易向有焰燃烧转变；棉花等松软、细微,材料的阴燃很容易转变为有焰燃烧，等等。,总体上讲，当区域II温度增加时，由于热传导使得区域I温度上升，热解速率加快，挥发份增多，这时区域I附近空间可燃气的浓度加大。当这个浓度达到某一值时，若有明火即可引燃；如果没有明火，当温度继续升高时，也可自燃着火。这就完成了阴燃向有焰燃烧的转变。由于这一转变过程非稳态的，要准确确定转变温度是很难的。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,概括地讲，阴燃向有焰燃烧的转变主要有以下几种情形：,1、阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧,在材料堆垛内部，由于缺氧，只能发生阴燃。但只要阴燃不中断传播，它终将发展到堆垛外部，由于不再缺氧，就很可能转变为有焰燃烧。,2、加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧,阴燃着的固体材料受到外界热量的作用时，随着加热温度的提高，区域I内挥发份的释放速率加快。当这一速率超过某个临界值后，阴燃就会发展为有焰燃烧。这种转变也能在材料堆垛内部发生。,3、密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧（甚至轰燃）,在密闭的空间内，因供氧不足，其中的固体材料发生着阴燃，生成大量的不完全燃烧产物充满整个空间。这时，如果突然打开空间的某些部位，因新鲜空气进入，在空间内形成可燃性混合气体，进而发生有焰燃烧，也有可能导致轰燃。这种阴燃向轰燃的突发性转变是非常危险的。,一、阴燃,*,二、轰爆,小节名,第五节 阴燃和轰爆,(一)轰燃的定义及判据,轰燃标志着室内火灾由初期阶段向充分发展阶段的转变，因此应当对这一重要概念给出比较准确的定义，以便可依据它分析那些决定火灾发展的因素。对于这一概念已有过不少定义，其中常见的有：,(1)室内火灾由局部火向大火的转变，转变完成后，室内所有可燃物表面都开始燃烧；,(2)室内燃烧由燃料控制向通风控制的转变；,(3)在室内顶篷下方积聚的未燃气体或蒸汽突然着火而造成火焰迅速扩展。,Martin等分析了这些定义后指出，定义（2）实际上是定义（1）的结果，因而不是基本定义；定义（3）是根据发生轰燃时经常出现的火焰外窜现象定义的，它只表明发生了预混燃烧，并未突出由于高温对可燃物的传热而引起的可燃蒸汽的大量生成，因而该定义本身并不能说明火灾向充分发展阶段的转变。事实上在轰燃前，火焰有时也能从窗口窜出来，例如当初期火灾发展很快时，可在室内尚无明显