消防燃烧学
第一章火灾燃烧基础知识
第一节燃烧的本质和条件 一、燃烧的本质（识记）
燃烧是可燃物与助燃物相互作用发生的强烈放热化学反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。
游离基的链式反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。 二、燃烧条件及其应用（简单应用） （一）燃烧条件
燃烧的发生必须具备三个基本条件，即可燃物、助燃物和点火源。 1．可燃物（还原剂）
如氢气、乙炔、乙醇、汽油、木材、纸张、塑料、橡胶、纺织纤维、硫、磷、钾、钠等。 2．助燃物（氧化剂） 如空气（氧气）、氯气、氯酸钾、高锰酸钾、过氧化钠等。一般‘ 3．点火源
如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。 上述三个条件还需满足以下数量要求，并相互作用： (1)一定的可燃物浓度
氢气的体积分数低于4%时，不能点燃；煤油在20℃时，由于蒸发速率较小，接触明火也不能燃烧。
(2)一定的助燃物浓度或含氧量
例如，一般的可燃材料在氧气的体积分数低于13%的空气中无法持续燃烧。 (3)一定的着火能量
即能引起可燃物质燃烧的最小着火能量。 (4)相互作用
燃烧的三个基本条件须相互作用，燃烧才可能发生和持续进行。 （二）燃烧条件的应用 根据着火三角形 1．控制可燃物 2．隔绝空气 3．消除点火源
4．防止形成新的燃烧条件，阻止火灾范围的扩大 根据燃烧四面体 1．隔离法 2．窒息法 3．冷却法 4．化学抑制法
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第二节燃烧分类与燃烧基本过程 一、燃烧分类（识记）
按照参与燃烧时物质的状态分类：气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。
按照可燃物与助燃物相互接触与化学反应的先后顺序分类：预混燃烧和扩散燃烧。 按照化学反应速度：热爆炸和一般燃烧。
按照参加化学反应的物质：化合反应燃烧和分解爆炸燃烧。
按照反应物参加化学反应时的状态：燃烧可分为气相燃烧和表面燃烧 按照着火的方式分类：自燃和点燃。 绝大部分物质的燃烧都属于气相燃烧。
物质燃烧剩余的残炭和金属物质的燃烧等是表面燃烧。
二、燃烧的基本过程（领会）
（一）可燃固体的的熔化、分解或升华过程
燃烧过程中发生熔化的主要是热塑性材料，塑料的熔化没有明确的熔点。
升华是指固体物质受热时直接转变为气体的过程。如萘在受热时就会发生升华。 （二）可燃液体的蒸发过程
液体表面不断发生着蒸发和凝结两个可逆过程。在封闭容器中，蒸发和凝结过程最终会；并形成平衡蒸气压力或饱和蒸气压力。温度越高，饱和蒸气压力越大。 （三）可燃气体与助燃气体的混合过程
可燃气体与助燃气体相互接触时，它们之间才能发生化学反应。这种混合过程既可能是相互扩散，也可能是流动引起的掺混。
（四）可燃气／助燃气体混合物的化学反应过程
可燃气体与助燃气体的化是由众多的基元反应组成。
基元反应的反应速率服从质量作用定律和阿累尼乌斯定律。 根据质量作用定律，基元反应aA+bB-->eE+fF的反应速率为
K---反应常数，其值等于反应物为单位浓度时的反应速率； a、b---反应级数。
第三节燃烧过程中的物理基础
热量传递有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。 一、热传导
热传导又称导热，属于接触式传热，是连续介质由于存在温差传递热量而又没有各部分之间相对的宏观位移的一种传热方式。
在流体中，尽管也有导热现象发生，但通常被对流运动所掩盖。 热传导服从傅里叶定律，即
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（领会）
q’’x----热通量，在单位时间，经单位面积传递的热量，(W/m2)； dT/dx---沿x方向的温度梯度，(℃/m)； K---导热系数，[W/(m．K)]
二、热对流
热对流又称对流，是使流体各部分之间发生相对位移，
由于在流体中存在温度差，所以也存在导热现象，但导热在整个传热中处于次要地位。 常把具有相对位移的流体与所接触的固体壁面之间的热传递过程称为对流换热。 牛顿冷却公式
（领会）
q” ---单位时间内，单位壁面积上的对流换热量，(W/m2)。 ΔT---流体与壁面间的平均温差，(℃)；
h---表面传热系数，表示流体和壁面间温度差为1℃时，单位时间内壁面和流体之间的换热量，[W/(m．℃)]
三、热辐射
辐射是物体通过电磁波来传递能量的方式。
辐射力定义为单位时间内物体的单位表面积向周围半球空间发射的所有波长范围内的总辐射能，用E表示，单位为W/m2。
在所有物体中，同温度下辐射力最大的物体称为黑体。 黑体的辐射力服从斯蒂芬-玻耳兹曼定律
（领会）
Eb---黑辐射能力；
σ---斯蒂芬—玻耳兹曼常数，其值为
T---表面的绝对温度(K)。
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．四、燃烧过程中的质量传递 （一）物质扩散（识记）
面积上流体A扩散造成的物质流与在B中流体A的浓度梯度成正比 （二）燃烧引起的浮力作用（综合应用）
火灾现场、燃烧区附近的气体都在流动，这个物质流称为整体物质流。
产生这种整体物质流的原因有强迫对流（例如机械通风）以及自然对流，即燃烧引起的浮力作用。
流体平衡方程有
如果管道内温度高于管道外，即T>T0，则
1）管道H越高，管管道下端1-1平面上的压力差(p-p1)越大，烟囱效应越显著。
2）管道内外温差越大，热空气与冷空气的密度差越大，管道下端1-1平面上的压力差也就越大，烟囱效应越显著。
烟囱效应对高层建筑发生火灾时的危害特别大。在发生火灾时，楼梯通道、电梯井如不采取防火措施，就会起到烟囱的作用。
火灾时烟气的垂直流动速度可达2-4m/s，几十层的大楼不到1min就会充满热烟气。
第四节燃烧热及燃烧温度 一、热容
摩尔热容是试验测定的一种基础数据，是Imol物质在非体积功为零的条件下，仅因温度升高1℃所吸收的热。用Cp表示
一定量的物质从温度T1升高到T2时平均每升高1℃所需要的热量，用Cp，表示，则恒压热Qp为
V---物质的体积(m3)。
平均热容的数值与温度范围有关。
二、燃烧热（识记）
如果体系发生反应，参加反应的各种物质在化学成分发生变化的同时，会伴随着系统内能量分配的变化。这种反应前后能量的差值以热的形式向环境散失或从环境中吸收，散失或吸收的热量就是反应热。对于燃烧反应，反应热等于燃烧热。 根据化学热力学理论：
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对于定温恒压过程，反应热等于系统的焓变； 对于定温定容过程，反应热等于系统内能的变化。 三、热值的计算（领会）
所谓热值是指单位质量或单位体积丁燃物完全燃烧所放出的热量，通常用Q表示。 对于液态和固态可燃物，表示为质量热值Qm(kJ/kg)； 对于气态可燃物，表示为体积热值Qv(kJ/m3) 对于液态和固态可燃物
M---液态或固态可燃物的摩尔质量(g/mol)； ΔHc---摩尔燃烧热(kJ/mol)。
对于气态可燃物是
高热值（QH）就物中的水和氢燃烧生成的水以液态存在时的热值； 低热值(QL)就是可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。 在研究火灾的燃烧中，常用低热值。
很多可燃物，分子结构很复杂，摩尔质量很难确定。通常用经验公式计算。最常用的有门捷列夫公式
QH=4.18x[81C+300H-26x(O-S)] QL=QH-6x(9H+W)x4.18
四、燃烧温度的计算
可燃物在燃烧时放出的热量，一部分被火焰辐射掉，大部分消耗在加热燃烧产物上。 燃烧产物所具有的温度，也就是物质的燃烧温度。
第五节烟气的产生及其危害 一、烟气的产生
燃烧反应物的混合基本上由浮力诱导产生的紊流流动控制，其中存在着较大的组分浓度梯度。
材料的化学组成是决定烟气产生量的主要因素。
碳氢比值越大，产生烟的能力较大，可燃物分子结构对碳烟的生成也有较大影响。环状结构的芳香族化合物（如苯、萘）的生碳能力比直链的脂肪族化合物（烷烃）高。
氧气供给速率是影响燃烧发烟量的另一个重要因素。氧供给充分，碳原，烟雾较小； 氧供给不充分，碳粒子生成雾很大。 二、烟气的主要成分（识记）
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燃烧产物中含CO、C02、HCl、S02、N02、NH3等气态产物。
三、烟气的危害性（简单应用） （一）缺氧、窒息作用
（二）毒性、刺激性及腐蚀性作用
火灾中的死亡人员约有一半是由CO中毒引起的，另外一半则由直接烧伤、炸压力以及其他有毒气体引起。 （三）烟气的减光性
室内火灾在着火后大约15min左右，烟气的浓度最大，此时人们的能见距离一般只有数十厘米。
Kc---烟气的减光系数(1／m)： 0
发生火灾时，对通道熟悉的人，减光系数的允许临界值为1.0;不熟悉者，应在0.2以下。 （四）烟气的爆炸性 （五）烟气的恐怖性 （六）热损伤作用
第二章着火与灭火基本理论
第一节着火分类和着火条件 一、着火分类（识记） （一）化学自燃
例如火柴受摩擦而着火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中的自燃；烟煤因堆积过高而自燃等。这类着火现象通常不需要外界加热， （二）热自燃
如果将可燃物和氧化剂的混合物均匀加热，随着温度的升高，当混合物加热到某一温度时就会自动着火
（三）点燃（或称强迫着火）
是指由于从外部能源，诸如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等得到能量，使混合气体的局部范围受到强烈的加热而着火。 二、着火条件（领会）
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如果在一定的初始条件下，系统不可能在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态（即非燃烧态），那么这个初始条件便称为着火条件。 这里有几点要注意：
1)系统达到着火条件并不意味着已经着火，而只占是系统已具备了着火的条件。
2)着火条件是就系统的初态而言的，它的临界性质不能错误地解释为化学反应速度随温度的变化有突跃的性质。
3)着火条件不是一个简单的初温条件，而是化学动力学参数和流体力学参数的综合体现。 第二节自燃着火理论 一、谢苗诺夫自燃理论
（一）谢苗诺夫自燃理论机理分析，
热自燃理论认为，着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果。如果反应放热占优势，体系就会出现热量积累，温度升高，反应加速，发生自燃；相反，如果散热因素占优势，体系温度下降，不能自燃。
- 热生成速率：
?g＝q
-
热损失速率：
?l＝q,
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ａ是稳定点，而ｂ是伪稳定点。即如果气体温度等于Ta，则即便有扰动，系统也会维持这个温度。当反应器的温度为Tb时，就不存在这样的情况。Tb是个平衡点，但对反应器温度的任何向下扰动将导致趋向Ta的冷却，而任何向上的温度扰动则导致无限加速的加热。
自燃的重要准则：壁面温度T02是个极限值，超过这个温度，反应就会不断加速直至着火，该温度称为临界环境温度，用Ta.cr表示。这时对应的温度Tc，体系出现温度加速上升的临界温度，称为该给定容器中反应气体混合物的自燃温度（或自燃点）。
必须强调指出，Ta.cr和Tc并不是给定燃料——氧化剂混合物的基本特性，它们受盛装这种混合气体容器的影响很大。
体系的产热速率影响因素和散热速率影响因素决定着物质的自燃点。 1．产热速率的影响因素 (1)产热量
发热量越大，越容易自燃 (2)温度
一个可燃体系如果在常温下经过一定时间能发生自燃，则说明该可燃物在所处的散热条件下的自燃点是在常温之下；一个可燃体系如果在常温下经过无限长时间也不能自燃，那么从热着火理论上则说明该可燃物在所处的散热条件下的最低自燃点高于常温。 (3)催化物质
催化物质能够降低反应的活化能，所以能加快反应速度。
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例如，轻金属粉末在潮湿的空气中以及湿稻草堆垛等很易自燃。
燃点较高的物质含有少量的低自燃点物质也认为是一种催化物质，
例如，红磷中少量的黄磷、乙炔中少量的磷化氢都能促进自然的加速进行。 (4)比表面积
物质发生反应的比表面积越大，则与空气中氧气的接触面积越大、反应速率越快，越容易发生自燃。 (5)新旧程度
表面必须是没有完全被氧化的，即新鲜的才能自燃。例如，新开采的煤堆积起来易发生自燃；刚制成的金属粉末，表面活性较大，比较容易自燃。
但也存在相反的情况，如已存放时间较长的硝化棉要比刚制成的硝化棉更容易分解放热引起自燃。 (6)压力
压力越大，反应物密度越大，单位体积产生的热量越多，体系越容易积累热量，自燃点越低。
2．散热速率的影响因素 (1)导热作用
导热系数越小，则散热速率越小，越容易在体系中心蓄热，促进反应进行导致自燃。 2)对流换热作用
通风不良的场所容易蓄热自燃。， (3)堆积方式
大量堆积的粉末或叠加的薄片物体有利于蓄热，其中心部位近似于绝状态，因此很易发生自燃。
评价堆积方式的参数是表面积／体积的比值，比值越大，散热能力越强，自燃点越高。
（二）热着火理论中的着火感应期
着火感应期（又称着火延迟或诱导期）的直观意义是指混合气体由开始发生反应到燃烧出现的一段时间。
着火感应期的定义是：当混合气体系统已达着火条件的情况下，由初态达到温度开始骤升的瞬间所需要的时间，用τ表示。它即是系统从T∞温度升到着火温度Tc所需的时间。
系统温度超过Tc后，因为系统重新出现奇
?g>qq?l，系统的升温速率是加速的。
当混合气体着火温度Tc高，环境温度T∞低，以及活化能E高时，都会使着火感应
期变长
而大的混合气体发热量ΔH和高的混合气体反应速度都会使着火感应期变短。
自燃着火存在一定的极限，超过极限，就不能着火。 1．浓度极限
如果混合物浓度太低或太高，则不管温度过高都不会着火。
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2．温度极限
在压力保持不变的条件下，降低温度，两个浓度极限相互靠近，使范围变窄；当温度低至某一临界值时，两极限合二为一；再降低温度，任何比例的混合气体均不能着火。这一临界温度值称为该压力下的自燃温度极限。 3．压力极限
保持不变的条件下，降低压力，两个浓度极限相互靠近，使着火范围变窄；再降低压力，任何比例的混合气体均不能自燃。这—临界压力就称为该温度下的自燃压力极限。
二、弗兰克-卡门涅茨基自燃理论
在谢苗诺夫自燃理论中，假定体系内部各点温度相等，认为体系内部温度均一。
表征物体表面对流传热能力和固体内部导热能力相对大小的参数称为毕渥数Bi，对于Bi数较小的堆积固体物质，可认为物体内部温度大致相等。
弗兰克—卡门涅茨基自燃模型考虑了大Bi数条件下物质体系内部温度分布的不均匀性。 物体内部的温度分布取决于物体的形状和δ值的大小。当物体的形状确定后，其稳态温度分布则取决于δ值。
各自的临界自燃准则参数δcr为： 1)对无限大平板，δcr=0.88。 2)对无限长圆柱体，δcr=2。 3)对球体，δcr=3.32。 4)对立方体，δcr=2.52。
当体系的δ>δcr时，体系自燃着火。
三、链式反应着火理论 （一）链式反应过程
链式反应一般由三个步骤组成：链引发、链传递和链终止。 1．链引发
借助于光照、加热等方法使反应物分子断裂产生自由基的过程，称为链引发。 2．链传递
旧的自由基消失的同时产生新的自由基，从而使化学反应能继续下去。 3．链终止
自由基如果与器壁碰撞，或者两个自由基复合，或者与第三个惰性分子相撞后失去能量而成为一个稳定分子，则链被终止。 （二）链式反应分类
链式反应分为直链反应和支链反应。 1．直链反应
直链反应在链传递过程中每消耗一个自由基的同时又生成一个自由基，直至链终止。 2．支链反应
指一个自由基在链传递过程中，生成最终产物的同时产生两个或两个以上的自由基。自由基的数目在反应过程中是随时间增加的，因此反应速率是加速的。
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（三）链式反应着火条件
1．链式反应中的化学反应速度
链式反应理论认为，反应自动加速并不一定要依靠热量的积累，也可以通过链式反应逐渐积累自由基的方法使反应自动加速，直至着火。
自由基的生成速度用W1表示，由于引发的过程很困难，故W1一般比较小。
设在链传递过程中自由基增长速度为W2，W2=fn，f为分支链生成自由基的反应速度常数。由温度升高，f值增大，即活化分子的质量分数增大，W2也就随着增大。
链传递过程中因分支链引起的自由基增长度W2在自由基数目增长中起决定作用。 设自由基销毁速度为W3正比于n，写成等式为W3=gn，g为链终止反应速度常数。由 整个链式反应中自由基数目随时间的变化的关系为
dn/dt=W1＋W2－W3
=Wi＋fn－gn =Wi＋(f－g)n
令?＝f－g，则上式可写成
dn/dt=W1＋?n
2．着火条件
引发自由基数目变在链引发过程中，自由基生成速率很小，可以忽略。引发自由基数目变化的主要因素是链分支引起的自由基增长速度W2和链终止过程中的自由基销毁速度W3。
在?<0的情况下，自由基数目不能积累，反应速度不会自动加速，而只能趋向某一定值，因此系统不会着火。
系统温度升高，W2加快，W3可视为不随温度变化，这就可能出现W2＝W3的情况。反应速度将随时间呈线性增加，而不是加速增加，所以系统不会着火。
系统温度进一步升高，W2进一步增大，则有W2>W3，即?＝（f－g）>0。反应速度将随时间呈指数形式加速增加，系统会发生着火。
只有当?>o时，即分支链形成的自由基增长速度W2大于链终止过程中自由基销毁速度W3时，系统才可能着火。 ?=0是临界条件，此时对应的温度为自燃温度，在此自燃温度以上，只要有链引发发生，系统就会自发着火。
（四）链式反应理论中的着火感应期
链式反应中的着火感应期，有三种情况：
1)?<0时，系统的化学反应速度趋向于一常量，系统化学反应速度不会自动加速，系统
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不会着火，着火感应期т=∞。 2)?>0时，着火感应期т减小
3)?=0是一种极限情况，其着火感应期是指W产=W0的时间。
第三节几种典型物质的自燃 一、易自燃的化合物与单质
（一）与水作用发生自燃的物质 1．活泼金属
例如锂、钠、钾、铷、铯、钙、钠汞齐、钾钠合金等。它 2．金属氢化物
主要有氢化钾、氢化钠，四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等。这娄 3．硼烷
硼烷有20多种，因其特殊的缺电子结构，易与水中的羟基结合形成路易斯酸，同时放．出氢气，产生大量的热，引起自燃。 4．金属磷化物
例如磷化钙、磷化锌，它们与水作用生成磷化氢，磷化氢在空气中容易自燃，反应式为 5．金属碳化物
如碳化钾、碳化钠、碳化钙、碳化铝等。 6．金属粉末
主要有锌粉、铝粉、镁粉、铝镁粉等。 7．保险粉
单名为连二亚硫酸钠(Na2S204)，分，保险粉是一种强还原剂。
遇水反应能自燃的物质遇酸同样会发生反应，而且反应更剧烈，发生自燃的危险性大。
（二）在空气中能自燃的物质
这类物质主要有黄磷、烷基铝、硝酸纤维素制品、有机过氧化物等物质。
根据硝化纤维素中的含氮量进行分类，氮的质量分数在10.5%-12.5%的属易燃物质，氮的质量分数在12.5%以上的肩爆炸物质。
赛璐珞由硝化纤维、樟脑、乙醇制成，它和硝化纤维一样容易自燃。 （三）相互接触能自燃的物质
相互接触能自燃有两种物质，一种是强还原剂，一种是强氧化剂
常见的无机氧化剂有硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、高锰酸盐、过氧化物、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、氟、氯、溴、氧等；
还原剂常见的有苯胺类、醇类、醛类、醚类、石油产品、木炭、金属粉末及其他高分子化合物。
（四）与氧化剂混合，在摩擦或撞击作用下能着火或爆炸的可燃固体 硫与氯酸钾混合物受撞击会爆炸
过氧化钠（或高锰酸钾）与硫粉混合后摩擦立即燃烧
互相接触能自燃的物质，在储运过程中要分开；对碰撞或摩擦作用下能着火或爆炸的物
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质，在运输过程中要防止撞击和摩擦，应轻装轻卸。
二、煤、植物、涂油物的自燃 有以下共同特点：
1)在一定条件下，他们都能与氧发生缓慢氧化反应，同时放热。 2)自燃是一个缓慢过程。
3)在储存过程中散热条件不好。 （一）煤的自燃
1)吸附作用。空气中的氧被煤表面的碳、氢原子所吸附，生成CO2,CO和H20，同时放出热量。经过长时间的热量积累，煤就可能发生自燃。 2)黄铁矿的氧化作用。煤中的黄铁矿(FeS2)在水分和空气中氧的作用下会发生如下氧化反应，并放出热量。
3)泥煤中含有大量有机质及微生物，微生物的繁殖会产生热量。
4)煤堆过高过大，时间过久，通风不好，缓慢氧化放出的热量散发不出去，发生自燃。 （二）植物自燃
在一定湿度条件下，微生物繁殖产生热量，从而使植物温度升高，这种热量称为发酵热。 （三）涂油物的自燃
涂油物质自燃是因为植物油中含有不饱和脂肪酸甘油酯。不饱和脂肪酸甘油酷在低温下容易氧化而放热，其含量越多，自燃能力就越强。
不饱和脂肪酸主要有油酸、亚油酸、亚麻酸、桐油酸等。 涂油物品的自燃能力首先取决于油脂本身的不饱和程度 油脂的不饱和程度通常用碘值表示。碘值是指100g油脂与碘完全反应时需要碘的克数。碘值越大，不饱和程度越大，自燃能力越强。 碘值小于100的油脂一般没有自燃能力。
第四节强迫着火
一、强迫着火的特征
当一个冷的反应混合物被一个热源，迅速地局部加热时，在热源附近就会引发火焰，并且这个火焰就会传，播到邻近的冷反应混合物中去。这种引发火焰传播的过程即为强迫着火或引燃。
强迫着火具有如下特征：
首先，强迫着火仅在反应物的局部（点火源周围）进行，所加入的能量在小范围快速引燃可燃物，所形成的火焰要能向反应物的其余部分传播。
第二，强迫着火条件下的可燃混合气体通常温度较低，为保证着火成功并使火焰能在较冷的混合气流中传播，强迫着火的温度远高于自燃温度。
第三，强迫着火的全部过程可燃物局部形成火焰中心，以及火焰在混合气体中传播扩展两个阶段。
二、高温质点强迫着火的物理描述（领会）
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．
假定如图2-17所示，在无限的可燃混合气体（其温度为T0，小于Tw）中有一个热的金属质点（其温度为Tw）。由于温度差，质点向临近的混合气体散失热量，在质点周围薄的边界层内，混合气体温度从Tw下降到To。
对可燃混合物，由于化学反应放热会加热混合气体，因此热边界层内的温度分布曲线高于不可燃混合气体中的温分布曲线。
图2-17 表示了这种温度分布，其中a曲线表示混合物不可燃，b曲线表示混合物可燃。 如果选择较之前更高的质点温度，反应气体和惰性气体温度分布之间的差别就更显著。对反应气体质点温度越高，由壁面来的热流越小。
如图2 -18所示，在临 界质点温度为Tc，由壁面向反应混合物的热流等于零，曲线b在x=0处的斜率为零。这时，热边界层内由化学反应放出的热量全部向边界的冷混合气体传递。
当质点温度稍高于Tc时，化学反应速率增大到以至于化学反应放热的速率大于热边界向外的热传递速率，故热边界层内的温度高，其温度最大值出现在离质点表面很小距离处，于是热流就部分地传向质点。
在这样的件下，稳定的温度分布就变为不可能，因为这时温度最大值不断地离开质点表面。
当在质表面处的温度梯度等于零时，气体反应层（即火焰）开始向未燃混合气体传播。这种火焰传播的开始即认为是强迫着火的判据。
三、电火花引燃 （一）概述
关于电火花点火的机理有两种理论： 一种是着火的热理论，它由于它的存在使靠近它的局部混合气体温度升高(以致达到着火临界情况而被点燃，然后再靠火焰传播使整个容器内混合气体着火燃烧；
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另—种是着火的电理论，它认为混合气体的着火是由于靠近火花部分的气体被电离而形成活性中心，提供了进行链式反应的条件，
一般地，低温时电离作用是主要的；但当电压提高后，则主要是热作用。 电火花点火的特点是所需要能量不大，点燃氢气—空气混合气体，能量仅需2..01x10-5J。 电火花可用电容放电或感应放电来发生。 （二）引燃最小能量
放电能量大于此最小极值，初始火焰中心就可能形成；小于此最小极值，初始火焰中心就不能形成，这个最小放电能量就是引燃最小能量。
对于给定的混合气体，混合气体压力及初温不同时，最小引燃能Emin也不相同。 （三）电极熄火距离
最小引燃能Emln与电极间距离dq有关，
在给定条件下，电极距离有一最危险值，电极距离大于或小于最危险值时，最小引燃能将增加。电极距离等于最危险值时，最小引燃能最小。 电极距离大，需加热的气体多，需要能量大
电气距离小，加热的能量被电极迅速导走，所以说电极的距离太大、太小都不行
（四）影响电火花引燃的主要因素
用电火花引燃混合气体，电极距离必须大于熄火距离dq；同时，放电能量必须大于某一最小值——最小引燃能。
1)热容越大，最小引燃能越大，混合气体不容易引燃。 2)导热系数越大，最小引燃能越大，混合气体不易引燃。 3)燃烧热大，最小引燃能小，混合气体容易引燃。
4)混合气体压力大，即密度大，最小引燃能小，表明混合气体容易引燃。 5)混合气体初温高，最小引燃能小，混合气体容易引燃。
6)混合气体活化能力大，最小引燃能大，混合气体不容易引燃。
第五节灭火分析
一、热理论中的灭火分析
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从图2-22可以看出，放热曲线和散热曲线有三个交叉点，其中第三个交点A’，代表高水平的稳定反应状态——稳定燃烧态。
如果在燃烧发生后使T∞不断减少，则放热曲线和散热曲线最终会在高温范围内相切，其切点标志着系统将由高水平稳定反应态向低水平的缓慢反应态过渡，即灭火。
系统的灭火的点为TE，但系统灭火时所要求的初温T∞E却小于系统着火时的初温 T∞c。
初温T∞在T∞E－T∞c之间时，如果系统原来是燃烧反应态，则系统不会自行灭火；如果系统原来是缓慢反应态，则系统不会自动着火。
要使已经处于燃烧反应态的系统灭火，其初温必须小于T∞E，T∞= T∞c是不能使系统灭火的，也就是说灭火要在更不利的条件下实现。
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如图2-23所示：如果保持环境温度不变，改变系统的散热情况，在q-T图上就是改变散热曲线的斜率。当系统在A“稳定燃烧时，如果增大系统的散热条件，使ql变到奇l2的位置，即着火位置，系统仍能稳定燃烧。只有使奇。变到白。，的位置，系统才能灭火，也就是说系统要在比着火时更容易散热条件下才能灭火。
j
如图2-24所示：如果保持环境温度T∞和散热条件不变，降低系统混合气体密度ρ∞，
?g将变小，放热曲线q?g将下移，放热速度q。
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?g１下降到q?g２。当系统混合气体密度ρ∞从ρ∞１下降到ρ∞２时，相应的放热曲线由q?l）状态时，则在A＇点进行稳定燃烧；系统处于（q?l）状态?g１－q?g２－q系统处于（q时，系统将停止燃烧。
灭火滞后现象：着火与灭火具有不可逆性，即当系统着火以后，要使系统灭火，必须使系统处于比着火更不利的条件下才能实现。
变动初温T∞对着火的影响比较大，对灭火的影响比较小；变动混合气体浓度（或氧的浓度）对灭火的影响比较大，对着火的影响比较小。
在热理论中，要使已着火的系统灭火，必须采取下列措施： 1)降低系统氧或可燃气体浓度。 2)降低系统环境温度。
3)改善系统的散热条件，使系统的热量更容易散发出去。
4)降低环境温度和改善散热条件，都必须使系统处于比着火更不利的状态，系统才能灭火。此即上面所说的灭火滞后现象。
5)降低氧浓度或可燃气体浓度，对于灭火来说比降低环境温度作用更大；相反，对防止着火来说，降低环境温度的作用大于降低氧浓度或可燃气体浓度的作用。 二、链式反应理论中的灭火分析
根据链式反应着火理论，可以采取以下措施： （一）降低系统温度，以减慢自由基增长速度 （二）增加自由基在固相器壁的销毁速度 （三）增加自由基在气相中的销毁速度 三、灭火措施
根据上面热理论以及链式反应理论对着火系统的灭火分析，可以得到以下灭火措施： （一）降低着火系统的温度 （二）断绝可燃物
（三）稀释空气中的氧浓度 （四）抑制着火区内的链式反应
第三章可燃气体的燃烧
第一节可燃气体的爆炸极限 一、可燃气体爆炸极限概念
能使可燃气体----空气混合气体遇火源发生爆炸的可燃气体最低浓度和最高浓度分别称为可燃气体在空气中的爆炸下限和爆炸上限。
一般情况下，可燃气体的爆炸极限用体积分数表示，但在某些情况下，也可以表示成质
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量浓度。
二、爆炸极限的测定
测试原理：首先将爆炸管抽成真空，然后充以一定浓度的可燃气体与空气的混合气体，，循环泵使可燃气体混合均匀，再用电极点火，观察火焰传播情况。能使火焰传播距离大于爆长度的一半的可燃气体的最低浓度或最高浓度即为该可燃气体在空气中的爆炸下限或爆炸上限。
三、爆炸极限的特征与计算 （一）爆炸下限的特征
对直链烷烃类可燃气体，当爆炸极限用体积分数表示时，爆炸上限和爆炸下限均随着相对分子质量或分子中碳原子数的增加而单调下降。 当用质量百分数表示爆炸极限时，气体的爆炸上限随分子中碳原子数增加而上升，而爆炸下限基本保持常数(48g/m3)。此即为爆炸极限的质量特征。
由于烷烃的燃烧热基本为常数(45±1)kJ/g，因此，浓度为爆炸下限的单位体积混合气体完全燃烧释放的热量约等于2160kJ/g。此即为爆炸下限的能量密度特征。 浓度为爆炸下限的预混合气体火焰温度应接近常数。
对烷烃类气体，爆炸下限对应的气体火焰温度在1500-1600K之间。该特征称为爆炸下限的极限温度特征。
（二）利用能量密度特征计算同系物的爆炸下限
对于烷烃类，CX≈43kJ；对于醇类、醚类、烯烃类，CX≈41.5kJ。
（三）利用爆炸极限的质量特征计算可燃气体混合物的爆炸极限
（四）通过Imol可燃气体在燃烧反应中所需氧原子的摩尔数(N)计算有机可燃气体爆炸极限（体积分数）（应用）
xx
上
---有机可燃气体的爆炸下限(%)； ---有机可燃气体的爆炸上限(%)；
下
N---lmol可燃气体完全燃烧所需的氧原子摩尔数。
（五）利用可燃气体在空气中完全燃烧时的化学计量浓度xo计算有机物爆炸极限（应用）
19
xx
上
---有机可燃气体的爆炸下限(%)； ---有机可燃气体的爆炸上限(%)；
下
xo----有机可燃气体在空气中完全燃烧时的化学计量浓度(%)。，
上式适用于以饱和烃为主的可燃气体，但不适合用于无机可燃气体。
四、影响爆炸极限的因素（领会） （一）火源能量的影晌
引燃混合气体的火源能量越大，可燃混合气体的极限越宽，爆炸危险性越大。 （二）初始压力的影晌
混合气体初始压力增加，爆炸范围增大，爆炸危险性增加。 （三）初温对爆炸极限的影响
混合气体初温越高，混合气体爆炸范围越宽，爆炸危险性越大。 （四）惰性气体的影晌
可燃混合气体中加入惰性气体，会使爆炸范围变窄，当加入的惰性气体超过一定量以后，任何比例的混合气体均不能发生爆炸。 （五）爆炸极限图 1．三角坐标表示方法
可燃气体与氧气组成的爆炸系统称二元系统。可燃气体与空气组成的爆炸系统也可以看作二元系统。若气体爆炸系统由三种气体组成，则该系统称为三元系统。 图3 -15所示为用三角坐标表示的甲烷-氧气-氮气系统的爆炸极限图。
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2．爆炸极限图的应用
以从图3 -15中三角形甲烷顶点向对边氧坐标线21处引直线（该直线称为空气组分线），直线与爆炸三角区的交点即为甲烷在空气中的爆炸下限和爆炸上限。
观察图3 -15还可以发现，存在一个能够支撑甲烷燃烧的环境气体的最小氧气浓度，爆炸三角区的切线2。对切线右侧气体无论氧气浓度大或小，气体都无法着火爆炸。
在所有的惰性气体中，二氧化碳对可燃预混合气体具有最好的惰化效果。这是由二氧化碳的高比热容决定的。
五、分解爆炸
（一）分解爆炸条件
系统所处的压力越高，越容易发生分解爆炸，所需的火花能量越小，当初始压力小到一定值时，系统便不发生分解爆炸，这个压力称分解爆炸临界压力，用Po表示。
分解爆炸的条件是： 1)分解反应是放热反应 2)存在火源或热源。
3)系统初始压力大于分解爆炸临界压力
由于分解爆炸不需要氧气，其爆炸上限为100%。
（二）能分解爆炸的几种气体
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1．乙炔
盛乙炔的容器不能用铜或含铜多的合金制造；用乙炔焊接时不能使用银钎料。 2．氧化乙烯
100℃的密闭容器中，其分解爆炸压力不会达到初始压力的10倍。 3．乙烯
其爆炸压力约为初始压力的6.3倍。 4．氮氧化物
NO的爆炸临界压力在15.2X105Pa以上，其爆炸压力为初始压力的10倍以上。
第二节层流预混合气体中的正常火焰传播 一、传播机理
（一）火焰前沿概念
若在一长管中充满均匀混合气体，当用火源加热某一局部混合气体时，混合气体局部就会着火并形成火焰。已燃区和未燃区之间形成了明显的分界线，这层薄薄的化学反应发光区称为火焰前沿。
火焰前沿厚度很薄，只有十分之几毫米甚至百分之几毫米 （二）火焰前沿的特点
1)火焰前沿可以分成两部分：预热区和化学反应区。 2)火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散。 （三）火焰传播机理
目前存在以下两种火焰传播理论： 1．火焰传播的热理论
由于火焰中化学反应放出的热量传播到新鲜冷—混合气体中，使冷混合气体温度圱直、化学反应加速的结果。 2．火焰传播的扩散理论
凡是燃烧都属于链式反应，火焰能在新鲜混合气体中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混合气体中扩散，使冷混合气体发生链式反应的结果。
二、层流火焰传播速度一马兰特简化分析 （一）物理模型
若由反应区导出的热量能使未燃混合气体的温度上升到着火温度，则火焰就能保持稳定传播。
（二）火焰传播速度
层流火焰传播速度与热扩散系数a及化学反应速度Ws平方根成正比。 火焰传播速度与压力无关。
三、物理-化学参数对层流火焰传播速度的影响 （一）预混合气体成分的影晌
1)可燃气体的浓度影响火焰传搔速度。
当可燃气体的稍大于化学计量浓度时，预混合气体的火焰馅播速度最大
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2)火焰传播存在浓度极限，且在浓度极限处的火焰传播速度并不为零。 3)助燃气体成分影响火焰传播速度。
由于预混合气体的热容减小，火焰温度上升导致的结果。
进一步研究表明，由于不同的“惰性”气体具有不同的比热容和导热系数，它们对预混火焰的惰化作用有很大的区别。
例如，在1000K时，CO2气体的比热容比N2的比热容大60%左右，由此导致在用CO2取代N2的空气中，预混火焰的传播速度有很大的降低。
（二）初始温度的影晌
随着混合气体初始温度的增加，火焰传播速度逐渐增加。 （三）初始压力的影晌
反应级数n=2时，火焰传播速度与压力无关； 反应级数n<2时，压力增加，火焰传播速度下降； 反应级数n>2时，压力增加，火焰传播速度增加 （四）化学灭火剂的影响
在可燃预混合气体中添加适量能灭火剂可以使预混合气体成为不可燃气体。
它们增加单位质量或体积的混合气体的总热容，从而降低火焰的燃烧温度。当燃烧温度低于极限火焰温度时，火焰就失去传播能力。
四、层流火焰传播速度的测定
对同一种预混合气体，当可燃气体的浓度稍大于化学计量浓度时，火焰传播速度达到最大值。该最大传播速度反应了预混合气体的最大反应速度，并在一定程度上反映了该预混合气体的爆炸猛烈程度。
火焰移动速度还受到至少三个因素的影响：
一是燃烧产物的热膨胀引起的气体向开口方向整体流动； 二是管道壁面对火焰的冷却作用；
三是火焰为非平面火焰，这影响了火焰与未燃气体之阎的传热与传质。 因此，管道内的火焰移动速度并不代表火焰传播速度。
第三节可燃气体爆炸与爆轰 一、可燃气体爆炸（识记）
火焰在预混合气体中正常传播时，会产生二氧化碳和水蒸气等燃烧产物，同时放出热量，并使产物受热、升温、体积膨胀。如果受热膨胀的燃烧产物不能及时排走，则会产生爆炸。 在自由空间预混合气体较多时，燃烧也会产生爆炸。但由于部分热量向空间散失以及产物能有一定的膨胀，其爆炸压力一般低于密闭容器中发生的爆炸压力。
爆炸威力指数（领会）
爆炸对设备的破坏程度不仅与最大爆炸压力有关，而且与升压速度有关。爆炸的破坏威力用爆炸威力指数表示。
爆炸威力指数=最大爆炸压力X平均升压速度
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二、可燃气体爆轰
（一）爆轰的发生（识记）
爆轰实际上是一种激波。这种激波由预混合气体的燃烧而产生，并靠燃烧时释放的化學反应能量维持。
爆轰的发生过程（领会）
一根装有可燃预混合气体的管子，管子一端封闭，在封闭端点燃混合气体，形成燃烧波。开始的燃烧波是正常火焰传播，由正常火焰传播产生的已燃气体，由于温度升高，体积会膨胀。体积膨胀的已燃气体就相当于一个活塞——燃气活塞，压缩未燃混合气体，产生一系列的压缩波，这些压缩波向未燃混合气体传播，各并使未燃混合气体获得一个微小向前运动速度，因此，后面的压缩波的波速比前面的大。当管子足够长时，后面的压波就有可能一个赶上一个，最后重叠在一起，形成激波。 激波一定在正常火焰前面产生。
一旦激波形成，由于激波后面压力非常高，使未燃混合气体着火。经过一段时间以后，正常火焰传播与激波的燃烧合二为一。于是激波传播到哪里，哪里的混合气体就着火，火火焰传播速度与激波速度相同。
（二）爆轰形成的条件（领会）
1．初始正常火焰传播能形成压缩扰动 这是能否产生爆轰波的关键。
2．管子足够长或自由空间的预混合气体体积足够大爆轰波位于正常火焰峰之前。 正常火焰峰与爆轰波之间的距离称为爆轰前期间距。女 3．可燃气体浓度处于爆轰极限范围肉-
爆轰极限范围一般比爆炸极限范围要窄。 4．管子直径大于爆轰临界直径
管子直径越小，火焰的热损失越大，火焰中自由基碰到管壁销毁的机会越多，火焰传播越慢。
管子能形成爆轰的最小直径称为爆轰临界直径，约为12-15mm。
（三）爆轰波传播速度和压力（未要求）
（四）爆轰波破坏特点
1)爆轰波传播速度很快，会使设备中的常用泄压装置失去作用。
2)爆轰波压力很大，特别是碰到器壁反射时，压力会增加得更大。因此，破坏性极其严重，尤其是在管道的拐弯处。煬
3)爆轰波对生物的杀伤作用。爆轰波实质是一个激波，对生物的杀伤力与冲击波相似。
（五）轰爆的预防措施
1、防止爆轰波的产生关键是防止火焰向爆轰波转变，在未生成爆轰波前，阻止火焰的传播。为此，可在火焰传播途径中安装阻火器。
2、在爆轰波初始生成时，可采用将管径急剧增大的方法，使爆轰中断。但此时火焰并
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未消除，因此还应与阻火器联合使用。
第四节气体爆炸的预防
可燃气体爆炸必须同时具备三个条件：（识记） 第一，有可燃气体；
第二，有空气，而且可燃气宣与空气的混合比例必须在一定的范围内； 第三，存在火源。
预防可燃气体爆炸的原则包括：（简单应用） 一、严格控制火源
二、防止可燃气体与空气形成爆炸性预混合气体 惰性气体需要量可用下式计算
Vx---惰性气体需用量(m3)；
O---由表3-14中查到的临界氧体积分数(%)； V---设备内原有的空气容积（其中氧占21%）(m3)。
如使用的惰性气体中含有部分氧，则惰性气体用量应用下式计算
O’---惰性气体中的氧体积分数(%)。
三、切断爆炸传播途径 （一）安全水封 （二）阻火器 四、泄压装置
防爆泄压装置主要有安全阀和爆破片。 安全阀主要用于防止物理爆炸。；当压力降至安全范围内时安全阀则自动关闭。 爆破片主要作用是防止化学性爆炸，特别适用于爆炸时要求全量泄放的设备。
第五节紊流燃烧和扩散燃烧
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一、紊流燃烧 （一）层流和紊流
流体质点在流动时，各层问互不相混，互不干扰，各自沿直线向前流动，称为层流；流体质点在流动时，处于安全无规则的乱流状态，甚至出现旋涡，称为紊流。 流体流动是呈层流还是呈紊流，受雷诺数Re的控制。当Re数较小时，流体呈层流流力；Re较大时，流体呈紊流流动。 （二）紊流燃烧特点（领会）
它比层流火焰短，火焰增厚，发光区模糊，有明显的噪声等。在紊流燃烧情况下，燃烧强化，反应速度增大。
紊流燃烧速度增大原因：
①紊流使得火焰面变弯曲，因而增大了反应面积；
②紊流加剧了热和自由基的输运速度，因而增大了燃烧速度；
③紊流可以使已燃热气与新鲜、冷的可燃气体迅速混合，缩短混合时间，提高于燃烧速度。
紊流火焰的噪声则是由火焰温度、成分或形状的波动引起的。
二、扩散燃烧（识记）
由扩散过程控制的燃烧称为扩散燃烧，其火焰称为扩散火焰。自然界的火灾绝大多数是，扩散燃烧。
（一）火焰外形气体层流射流的火焰形状与空气供给量有关。 如果空气供给过量，则火焰呈封闭伸长形状。
如果减少外管中供给的空气量，使混合比低于化学当量比，则会产生扇形火焰。 （二）火焰横向物质浓度分布
可燃气体和氧气浓度在火焰锋处最小，而燃烧产物的浓度在此处最大，这显然是由于燃烧反应的结果。火焰内部氧的浓度几乎等于零，因为在火焰锋处氧已经燃烧完。在火焰外部，随径向距离增加，氧的浓度越来越大，直到等于空气中的浓度。火焰中心可燃气体浓度最大，越向火焰锋靠近，可燃气体浓度越小，在火焰锋处可燃气体浓度等于零。 （三）扩散火焰横向温度分布
扩散火焰的温度以火焰锋处为最高，离开火焰锋，向内趋于某一值，向外趋于环境温度。 三、火焰高度影响因素（简单应用）
层流扩散火焰高度与容积流量成正比，即与可燃气体流速和喷嘴横截面面积的乘积成正比。
可燃气体流速越大，扩散火焰越高；喷嘴横截面面积越大，扩散火焰越高
当可燃气体流速达到某一值后，可燃气体的流动已变成紊流，由于紊流的扩散火焰高度与流速无关，所以紊流火焰高度不变。
1mol的可燃气体所需要的氧气的物质的量越多，其扩散火焰高度越高 环境中氧含量减少时，火焰高度增加。
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第四章可燃液体的燃烧
第一节液体的蒸发 一、蒸发过程（领会）
将液体置于密闭的真空容器中，开始时，由于液面以上空间没有蒸气分子，蒸发速度大，凝结速度为零。随着蒸发过程的继续，蒸气分子浓度增加，凝结速度也增加，最后凝结速度和蒸发速度相等，这种平衡是一种动态平衡，即液面分子仍在蒸发，蒸气分子仍在凝结，此时蒸发速度和凝结速度相等。
二、蒸气压（识记）
液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压，简称蒸汽压。仅与液体本质和温度有关，而与液体的数量及液面上方空间大小无关。 液体分子之间的引力强，蒸气压就低；反之，蒸气压就高。 分子间的引力称为分子间力，又称为范德华力。 相对分子质量越大，分子越易变形，色散力越大。 升高温度，蒸气压就高；反之，温度低，蒸气压就低。
三、蒸发热（识记）
在一定温度和压力下，单位质量的液体完全蒸发所吸收的热量为液体的蒸发热
分子间力越大的液体，其蒸发热越高。蒸发热还消耗于汽化时体积膨胀对外所做的功。
四、液体的沸点（识记）
液体蒸汽压与外界压力相等时，蒸发在整个液体中进行，称为液态沸腾；而蒸气压低于环境压力时，蒸发仅限于在液面上进行。
液体的沸点，是指液体的饱和蒸气压与外界压力相等时液体的温度。
第二节闪燃与爆炸温度极限 一、闪燃与闪点
液面上蒸气浓度小于爆炸下限，蒸气与空气的混合气体遇到火源是点不着的。
当蒸气分子浓度大到爆炸极限时，蒸气与空气的混合气体遇火源就能闪出火花，但随即熄灭。蒸气与空气的混合气体遇火源发生的一闪即灭的瞬间燃烧现象称为闪燃。 液体表面能够产生闪燃的最低温度称为闪点。
液体发生闪燃，是因为其表面温度不高，蒸发速度小于燃烧速度，蒸气来不及补充被烧掉的蒸气，而仅能维持一瞬间的燃烧。
闪点越低，可燃液体越容易蒸发，燃烧危险性越大；
如果可燃液体温度高于自身的闪点，则随时有接触火源而被点燃的危险。
开杯式闪点测定仪一般适用于测定闪点高于100℃的液体；而闭杯式闪点测定仪适用于闪点低于100℃的液体。 二、同类液体闪点变化规律
1)同系物闪点随相对分子质量增加而升高
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2)同系物闪点随沸点的升高而升高 3)同系物闪点随比例的增大而升高 4)同系物闪点随蒸气压的降低而升高 5)同系物中正构体比异构体闪点高
碳原子数相同的异构体中，支链数增多，分子间力变小，闪点下降。 三、混合液体闪点
（一）两种完全互溶的可燃液体的混合液体的闪点
这类混合液体的闪点一般低于各组分的闪点的算术平均值，并且接近于含量大的组分的闪点。
（二）可燃液体与不可燃液体混合液体的闪点
在可燃液体中掺人互溶的不燃液体，其闪点随着不燃液体含量增加而升高，当不燃组分含量达一定值时，混合液体不再发生闪燃。 四、闪点计箕
（一）根据波道查的烃类闪点公式计算
对烃类可燃液体，其闪点服从波道查公式
tf---闪点（℃）； tb---沸点(℃)。
（二）根据可燃液体碳原子数计算
nc---可燃液体分子中碳原子数。
（三）根据道尔顿公式计算
当液面上方的总压力为p时，可燃液体的闪点所对应的可燃液体的蒸气压pf为
N---燃烧Imol可燃液体所需氧原子物质的量。
查表得出常见的易燃与可燃液体的饱和蒸气压，根据此公式，用插值法算液体的闪点。
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（四）根据布里诺夫公式计算
pf---闪点温度下可燃液体饱和蒸气压(Pa)：
p---可燃液体蒸气和空气混合气体的总压，通常等于1.01325X105Pa; A---仪器常数；
Do---可燃液体蒸气在空气中于标准状态下的扩散系数； β---燃烧Imol可燃液体所需的氧分子物质的量。 （五）利用可燃液体爆炸下限计算
闪点温度时液体的蒸气浓度就是该液体蒸气的爆炸下限。液体的饱和蒸气浓度和蒸气压的关系为
L---蒸气爆炸下限（体积分数，%）；
p---蒸气和空气混合气体总压，一般为1.01325X105Pa。
若已知L，即可求出Pf，然后查表查出温度范围，利用插值法求出该液体的闪点。
五、爆炸温度极限 （一）爆炸温度极限
液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空气的混合气体遇火源会发生爆炸。可见，利用爆炸温度极限来判断可燃液的蒸气爆炸危险性比爆炸浓度极限更方便。
结论： 1)凡爆炸温度下限（t下）小于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合气体遇火源均能发生爆炸。
2)凡爆炸温度下限（t下）大于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合气体遇火源均不能发生爆炸。
3)凡爆炸温度上限（t上）小于最低室温的可燃液体，其饱和蒸气与空气的混合气体遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气与空气的混合气体遇火源有可能发生爆炸。 （二）爆炸温度极限的计算
爆炸温度下限为液体的闪点，其计算与闪点计算相同。爆炸温度上限的计算，可根据已知的爆炸浓度上限值计算相应的饱和蒸气压，然后用插值法或克劳计算出饱和蒸气压所对
29
应的温度，即为爆炸温度上限。
例4-4（p113）
（三）爆炸温度极限的影响因素 1．可燃液体的性质
液体的蒸气爆炸浓度极限低，则相应的液体爆炸温度极限低；液体越易蒸发，则爆炸温度极限越低。 2．压力
压力升高使爆炸温度上、下限升高，反之则下降。 3．水分或其他物质含量
在可燃液体中加入水会使其爆炸温度极限升高。
例如，在煤油中加入质量分数为1%的汽油，煤油的闪点要降低10℃以上。 4．火源强度与点火时间
液面上的火源强度越高，或者点火时间越长，液体的爆炸温度下限（或闪点）越低。 这是因为此时液体接受的热量很多，液面上蒸发出的蒸气量增加。
第三节可燃液体的着火与蔓延 一、液体引燃
发生引燃着火的液体的最低温度称为液体的燃点或着火点，也称之为焰点或火焰点。 （一）低闪点液体的引燃
所谓低闪点液体是指闪点小于环境温度的液体。对这类液体，由于液面上的蒸气浓度已经达到着火浓度，其蒸气与空气的混合气体遇火源就会被引燃， （二）高闪点液体的引燃
常见的点燃方式有两种，
1、对液体进行整体加热，使其温度大于燃点，然后进行点燃-； 2、利用灯茁点火。 灯芯点火的原理：
由于毛细现象，灯芯将可燃液体吸附到灯芯中，由于灯芯比热容小，灯芯上的液体的热对流运动被限制，因此很容易用小火焰加热，使灯芯上的可燃液体被加热到燃点以上温度而被点燃。
回流加热的结果会使液体的整体温度提高，当灯芯附近的液体温度达到燃点时，火焰就开始从灯芯向整个液面传播。
由于主体火焰前端的表面液体被逐渐加热，蒸气浓度逐渐增加，所以可以观察到火焰脉冲现象（即一闪即灭的现象），其火焰颜色和特征与预混火焰类似。液体温度增加，脉冲宽度减小。当液体温度进一步增加，脉件现象消失。
影响火焰向前传播的一般因素如下： 1．液体性质
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液体蒸发热越大，液面上蒸气浓度越低，火焰传播速度越小； 液体蒸发热越小，液面上蒸气浓度越高，火焰传播速度越快。 2．液体温度
温度增高，蒸气浓度增加，火焰传播速度增加。蒸汽浓度增高到与空气浓度之比等于化学当量比时，火焰传播速度增加到最快。 3．液层厚度
液体越深，局部加热液面所引起的对流向深层液体散热越多，液体表面升温就越慢，火焰从中心火源蔓延到整个液面的着火时间就越长；
但液体深度小到一定程度以后，由于向容器壁的散热增大，着火感应期会迅速增加。当液层深度小于1mm时，液层则不能被引燃。
二、液体自燃 1．压力
压力增大，液面上方的蒸气浓度和氧气浓度增加，化学反应速度增加，从而使放热速度提前大于散热速度，自燃点降低。 2．蒸气浓度
蒸气浓度会使反应速度加快，放热速度增加，自燃点降低。但是当可燃蒸气浓度增大到等于当量浓度时，自燃点最低，再增加可燃蒸气浓度，自燃点反而会增加。 3．氧含量
空气中氧含量的提高有利于化学反应发生，因此会使可燃液体的自燃点降低；反之，氧含量下降会使自燃点升高。 4．催化剂
活性催化剂如铈、铁、钒、钴、镍等的氧化物，能加速氧化反应而降低可燃液体的自燃点；而钝性植地剂如油品抗震剂——四乙基铅等，则能使可燃液体的自燃点升高。 5．容器特性
在容积大的容器中，自燃点降低。这是因为大容器的表面积与体积的比值较低，反应介质单位体积的热损失速率也较低。容器的直径越小，可燃液体的自燃点越高。 （二）同类液体自燃点变化规律
1)同系物的自燃点随相对分子质量的增大而降低。
2)有机物中的同分异构体物质，其正构体的自燃点比异构体的自燃点低
3)饱和烃比相应的非饱和烃的自燃点高。这是因为非饱和烃中含有比较活泼的Π，易于氧化而自燃。
4)烃的含氧衍生物（如醇类、醛类、醚类）的自燃点低于分子中含相同碳原子数的烷烃的自燃点，币而且醇类自燃点高于醛类自燃点。这是因为含氧衍生物析出的氧使化学反应速度加快，从而降低自燃点。
三、可燃液体火灾蔓延 （一）油池火灾概述
描述种火灾的特征参数为液面下降速度 液面下降速度与容器直径有关
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液面上方可燃蒸气的扩散速度决定了其燃烧速度，燃烧形式属于扩散火焰，；
当油池直径d很小时，液面下降速度与d近似成反比的关系。当d很大时， 液面下降速度与d近似无关。
在油池火灾中，蒸发过程是控制火灾蔓延的重要因素，而蒸发过程是由液体与外界环境的热交换决定的。因此，采用泡沫灭火剂在液面上形成一层泡沫层，既能减少向液体的传热量，又能阻止液体的蒸发，是一种较好地防止火灾蔓延和灭火的好方法：
（二）液面火蔓延
液面火灾是指在大面积的水面上，漂浮的浮油和其他可燃液体燃烧而引起的火灾。 液面火与油池火的区别在于：液面火有一个不断地扩大过程。
可燃性液体的性质及周围环境条件，对液面火的蔓延速度影响很大。 在静止环境中，液体的初始温度对火的蔓延速度有影响显著：
开始时甲醇液面火的蔓延速度随着可燃液体初始温度的升高而加快，当初始温度达到某个值之后，液面火的蔓延速度趋于某个常数。这个常数就是最大可燃液体浓度与空气混合后的预混合可燃气体的层流火焰传播速度
当油的初始温度低于闪点温度时，形成的是扩散火焰为主的燃烧形式。 火焰面前方的液体与火焰面正下方的液体之间就产生了温度差，由温度差而引起了表面张力差，在表面张力差的作用下，便产生了表面流。使得温度较高的液体不断流向火焰面的前方以保证液体的蒸发速度与火焰蔓延速度的平衡。
在逆风条件下，液体的初始温度对火蔓延速度有显著影响；顺风条件下，液体的初始温度几乎对火蔓延速度没有影响，火蔓延速度主要受风速的影响。这个结果提示我们：在灭液面火时，最好采用逆向灭火方式。：
液面火中的乳化作用（微爆燃烧）与在燃烧器中燃烧的作用不同，它没有促进燃烧的作用。
当液体温度低于闪点时，火焰蔓延速度较慢；当液体温度大于闪点后，蔓延速度急剧加快。
（三）可燃液体的固面火
固面火的燃烧规律与下列因素有关： ①可燃性液体的闪点；
②地面及可燃性液体的温度； ③地面的形状及倾斜角度； ④地面土质的粒径分布； ⑤火焰引起的对流情况； ⑥相对气流的大小和方向； ⑦地面土质材料的热物理性能； ⑧火焰的蔓延方向等。 砂面火蔓延速度特点：
当粒径很小时，砂面火的蔓延速度接近于一个常数； 随着粒径的增大砂面火的蔓延速度减少；
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如果再增大粒径到一定值后，则在后面将出现灭火现象。 说明随着粒径的增大，火焰变得不稳定。 初始温度对砂面火的蔓延速度也有显著影响。 初始温度越高，砂面火的蔓延速度越大；
当相对风速增加时，砂面火的蔓延速度就变小；
当相对风速达到某一个值以后，就出现了蔓延速度急剧下降的现象，终出现灭火现象。 砂层的导热系数增加，，砂面火的蔓延速度下降。 （四）油雾中火焰的蔓延 液雾火焰可分为以下四种： (1)预蒸发型气体燃烧
例如，当环境温度较高，雾化较细，具有预混可燃气体燃烧的特点。 (2)滴群扩散燃烧
例如，当环境温度较低，雾化较粗，离喷嘴出口较近处的 (3)预蒸发与滴群扩散燃烧的复合型
(4)预蒸发燃烧与滴群扩散蒸发的复合型
第四节原油和重质油品的沸溢和喷溅火灾
如果油罐中有积水，水一般沉在油罐的底部，火焰向液体油传热的同时，油必然也向水传热，当水温上升到水的沸点温度时，水就会沸腾。水面以上有一层油，这层油的最上层又处于蒸发、燃烧状态。所以水蒸气将带着蒸发、燃烧的油一起沸腾。---沸溢现象，即沸腾的水蒸气带着燃烧着的油向空中飞溅
研究结果表明：
飞溅高度和散落面积与油层厚度、油池直径等有关，一般散落面积的直径D与油池直径d之比均在10倍以上。
油品发生沸溢后，热区的温度逐渐于高。当热波达到水垫层时，水垫的水大量蒸发，蒸汽的体积迅速膨胀，把上面的液体层抛向空中，向罐外喷射，这种现象称为喷溅，其伤害程度更大。 一、基本概念
1)初沸点：原油中最轻的烃类沸腾时的温度，也是原油中最低的沸点。 2)终沸点：原油中最重的烃类沸腾时的温度，也是原油中最高的沸点。
3)沸程：不同相对密度不同沸点的所有馏分转变为蒸气的最低和最高沸点的温度范围。
各种单组分液体只有沸点而无沸程。
4)轻组分：原油中相对密度最轻、沸点最低的很少一部分烃类组分。 5)重组分：原油中相对密度最大、沸点最高的很少一部分烃类组分。 二、沸溢火灾的特点
1)沸溢通常发生在接近燃烧过程的结束。
2)沸溢发生前表现出明显的征兆，例如液滴微爆的噪声、火焰大尺度的脉动、含水层激烈沸腾引起的罐体振动等。
3)沸溢时，燃烧速率和热辐射急剧增加。 4)沸溢发生时，大量的油品外溢。
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5)火焰结构发生急剧变化。 油层增大，沸溢强度值增大，
所谓沸溢时间，是指油品开始着火到沸溢发生所经历的时间。 三、沸溢发生机理及过程
霍尔最早提出热区的概念。油罐火灾发生沸溢现象必须具备如下三个条件： ①油品中含有水；
②原油具有形成热波的特性，即沸程宽，相对密度相差较大，随着油品燃烧的进行，重质组分能携带热往油层深度方向沉降； ③油品具有一定的黏性。
燃烧着的油品划分为四个子区域：火焰区、可燃蒸气层、热区和常温区。 不能形成热区的一般是蒸馏油；而挥发油则能形成较为明显的热区。 其热区特点：
1)热区的形成与油品的沸点范围有关，重油的热区形成更为显著。
2)整个热区发生沸腾，气泡生成、长大、浮升引起连续强烈的对流运动。 3)直径小于800mm的油罐中，其热区的形成与罐体的材料及直径有关。
4)直径在900mrn以上的油罐，其热区的形成取决于燃油的温度和在该温度下的蒸馏作用。
5)热区传播速率与热区、常温区界面上的振荡密切相关，这种振荡强化了传热传质过程。 总结如下：
热区是在宽沸点的油品中形成的，低沸点的组分汽化供给火焰区燃烧，高沸点的组分则 残留下来形成热区。
总之，油品中含有水分以及油品的黏性、油品宽的沸点范围，是构成热区形成的基本因素。
四、沸溢和喷溅的早期预测
监视油罐火灾热区形成的方法有：
1)如果事先已判明热区的下降速度，那么，从火灾延续的时间可以推算热区的位置。 2)也可以通过在油罐的外壁注上水，根据水蒸气产生的情况判定热区的位置。
通过在火灾环境中检测液滴微爆噪声，是沸溢前兆监测预报方便、有效的方法之一。 一般情况下，发生沸溢要比发生喷溅的时间早得多。
含有体积分数为1%水分的石油，经45-60min燃烧就会发生沸溢。
τ——预计发生喷溅的时间，(h)；
H ——储罐中的油面高度，(m)； h ——储罐中水垫层的高度，(m)； V0——原油燃烧线速度，(m/h)； Vt——原油的热波传播速度，(m/h)；
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K ——提前系数，(h/m)。储油温度低于燃点0，温度高于燃点取0.1。
油罐火灾在出现喷溅前，通常会出现油面蠕动、涌涨现象，火焰增大、发亮、发白，出现油沫2-4次，烟的颜色由浓变淡，发生剧烈的“嘶嘶”声等。
第五章可燃固体的燃烧
第一节可燃固体的燃烧形式和评价参数 一、可燃固体的燃烧形式（识记） （一）蒸发燃烧
硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香等可。，先熔融蒸发，随后蒸气与氧气发生燃烧反应，这种形式的燃烧称为蒸发燃烧。易易升华的固体，如樟脑和萘然可视为蒸发燃烧。 （二）表面燃烧
木炭、焦炭以及高熔点的金属，其燃烧反应是在表面与氧直接作用，称为表面燃烧。 由于燃烧反应发生在气—固界面上，又称之为异相燃烧，一般是无焰的。 （三）分解燃烧
木材、煤等含有纤维素和挥发分的可燃固体以及高分子合成材料， （四）阴燃（熏烟燃烧）
发生冒烟而无火焰的燃烧现象，称为阴燃或熏烟燃烧。 （五） 自燃
自燃是一种热失控现象。自燃的初期低温时基本呈现阴燃，在较高温度可能转化为火焰燃烧。
（六）动力燃烧（爆炸）
指可燃固体或其分解出的可燃挥发分遇到火源或高温热点所发生的爆炸式燃烧，该燃烧方式同时伴随大量的能量释放或压力波，主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等 燃烧形式的划分不是绝对的，而是根据燃烧的特征或某一主导燃烧方式来定义的。大多数可燃固体的燃烧往往包含着两种以上的形式
二、评定固体可燃物火灾危 险性的参数（简单应用） （一）熔点、闪点和燃点
固体熔点是固体变为液体的初始温度；
固体燃点是指对可燃固体加热到一定温度，遇明火发生持续燃烧时固体的最低温度 熔点越低的可燃固体，闪点和燃点也越低，火灾危险性越大。 （二）热分解温度
固体热分解温度指可燃固体受热发生分解的初始温度，是评价受热易分解固体热稳定能力的参数，也是评定固体火灾危险性的主要参数之一。 （三）自燃点
当环境温度达到其中某固体最低温度时，堆积体能够发生自燃，这一温度称为超临界自燃温度。
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不能发生自燃的最高温度，称为亚临界温度。
超临界温度与亚临界温度的平均值即为该堆积体的自燃点。 自燃点不是特性参数 （四）比表面积
比表面积越大，火灾危险性越大。
随着粉尘的比表面积增大，其爆炸下限降低，最小引爆能变小，而最大爆炸压力增大。 （五）氧指数
在规定条件下，刚好维持物质燃烧时的混合气体中最低氧含量的体积分数。
氧指数越小的高聚物，燃烧时对氧气的需求量越小，或者说在空气中燃烧时更容易，因而火灾危险性越大。
一般认为氧指数小于22的属易燃材料；氧指数在22 - 27 之间的属难燃材料；而氧指数大于27的属高难燃材料。
第二节可燃固体的燃烧理论
可燃固体引燃受到外界热流的影响。 一、可燃固体的引燃（领会）
如果热流是连续的，挥发分质量流量使火焰表面上持续存在的最低温度即为火焰点。 引燃时间与单位面积上的热容（τρc）成正比，与表面传热系数成反比。 极限着火条件：
对于对流传热， T∞> Tｉ；
?对于辐射传热， aQ?R >2h（Tｉ－T０）
其他条件不变时，辐射热通量越大，引燃时间越短；当辐射热通量减小，引燃时间增长；
?当辐射热通量接近aQ?R >2h（Ti－T０）的约束条件时，引燃的时间将急剧增长。
?---固体表面受到辐射热通量 Q?Ra ---辐射热吸收率
T∞---气体温度
Tｉ---可燃固体火焰点 T０---固体初始温度 ｈ ---表面传热系数
二、可燃固体火焰蔓延
火灾发展的速度主要取决于火焰从起火点开始蔓延的速度以及达到燃点可燃物面积的大小。
火焰蔓延实质上是传热和引燃的问题。 （一）表面方向
火焰沿竖直方向向上蔓延最快。如果火焰向下蔓延，其速度受位置改变的影响很小。 如果斜面两边的空气流动受阻，像扶手电梯那样，斜面上的火焰蔓延将加快，这一效应
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称为槽效应。
（二）可燃物的厚度
薄型可燃物火焰蔓延的速度与材料的厚度成反比
随着厚度的增加，火焰蔓延速度最终变得不依赖于厚度，如有机玻璃板的厚度>10mm时，火焰蔓延的速度与材料的厚度无关。 三）固体可燃物的热惯性
热薄型与热厚型材料之间的区别在于加热深度不同 对薄型材料，可用集总热容模型来处理。
火焰蔓延速度与可燃物的热惯性成反比。因为固体的导热系数大体上正比于其密度
（四）可燃固体试样几何特征 1．宽度(B)
只要边棱对火焰蔓延的影响不占优势，可燃固体试样的宽度对竖直向下的蔓延速度影响不大或没影响。火焰前沿后的火焰随燃烧面积中的热解区增大而显著地增大。如果可燃物的宽度足够大，也将影响水平方向火焰蔓延的速度，这是因为火焰前沿的辐射传热将控制着火势蔓延。 2。角、棱
火焰沿棱或角蔓延比在平面上蔓延要快得多。 （五）环境的影响 1．大气的组成
大气的组成随大气压力变化而不同，如果增加空气中的氧浓度，可燃物将更容易着火，火焰蔓延速度会加快，燃烧也更加剧烈。 2．燃料温度
火焰蔓延速度随燃料温度的升高而加快 3．外加辐射热流
外加辐射热流将引起火焰蔓延速度增加。这主要是因为辐射热预热了火焰前沿的燃料， 当辐射热流恒定时，厚型材料上的火焰蔓延速度是受辐射加热的时间而增加的。
表面对热辐射的最初响应将取决于材料的热惯性；而稳定的蔓延速度将由 平衡状态下表面所达到的温度来决定。表面温度又取决于表面热损失。
如果热平衡时表面温度高于着火点，火焰蔓延速度是非常高的，这是因为火焰是通过可燃气—空气混合气体蔓延的。 4．大气压力
大气压力增加时，火焰蔓延的速度加快，这是因为富氧气氛有助于加剧燃烧化学反应，
（六）外加的空气流动（风） 外加的气流将有两个效应：
①助长火焰前沿处的混合与燃烧；
②对火焰前沿面的燃料有冷却作用。当空气流速增加时，后者将变得更重要。
第三节 固体 阴燃
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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。 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体。
一、阴燃的发生条件
阴燃是固体可燃物特有的燃烧形式
阻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。 引起 阴燃的热源包括： 1)自燃
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，
3)不对称加热或内部产生热点。 二、阴燃的传播理论
柱状纤维素可燃物沿水平方向阴燃 阴燃的传播可分为四个区域 区域I:未燃区。
区域Ⅱ：热分解区。
区域Ⅲ：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。 区域Ⅳ：残余灰／炭区。 三、阴燃的影响因素
（一）固体可燃物的性质和尺寸
质地松软、细微的可燃物阴燃性能好。这是由于这类可燃物的保温性能和隔热性能都比较好，热量丕容星散失。棉花就是这类可燃物的典型代表。
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，而且存在可维持粉尘层阴燃的最小厚度 这种影响可解释为：厚度较大，空气难进入阻燃区；厚度太小，热量损失太大。 （二）外加空气流（风）速度
受到外加空气流作用的粉尘层，阴燃的最小厚度会明显减小
外加空气流速度增加，阴燃的传播速度会明显增大，尤其当空气流动方向与阴燃传播方向一致时
如果空气流速过大，阴燃就会转变为有焰燃烧。 增加环境中的氧浓度，阴燃的传播速度也明显增大 （三）阴燃的传播方向
向上传播的阴燃速度最快，水平传播的阴燃次之，向下传播的阴燃速度最慢。 （四）双元可燃物体系的阴燃
某些易阴燃可燃物对其他一些难阴燃可燃物的阴燃起决定性作用 五）化学因素对阴燃的影晌
阴燃的基本要求是当可燃物受热分解后能产生刚性结构的多孔炭可燃物。 通过选择添加阴燃抑制剂可以降低固体可燃物的阴燃能力。粉状S抑制纤维素类阴燃的效果最好。
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四、阴燃向有焰燃烧的转变
有利于阴燃的因素也都有利于阴燃向有焰燃烧的转变。 空气流动比空气静止更有利于这种转变；
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； 有外加热源的阴燃毕仅有自热的阴燃更容易向有焰燃烧转变； 棉花等松软、细微的可燃物的阴燃容易转变为有焰燃烧等。
只有当挥发分流量超过某一临界质量通量时，可燃固体表面上才能出现火焰燃烧。 阴燃向有焰燃烧的转变主要有以下三种情形。
（一）阴燃从可燃物堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧
在可燃物堆垛内部，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，很可能转变为有焰燃烧。
（二）加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧
（三）密闭空间内可燃物的阴燃转变为有焰燃烧（甚至轰燃） 五、灼热燃烧
灼热燃烧常常伴随含炭可燃固体或炭表面氧化而发生。灼热燃烧与阴燃的区别在于灼热燃烧中原始可燃物不发生也不需要热分解
第四节粉尘爆炸
一、粉尘爆炸的条件
具备三个基本条件，即可燃粉尘、氧化剂和点火源。 还应具备两个条件，跟粉尘的悬浮扩散与有限空间。 将粉尘爆炸的五个基本条件称为爆炸五角形 （一）可燃粉尘
可燃粉尘包括有机粉尘和无机粉尘两大类。 （二）氧化剂
大多数粉伞需季氢气-零气或其他氧化剂做助燃剂。对于一些自供氧可以不需要外来的助燃剂。
（三）点火源
粉尘爆炸比气体爆炸需要更高的点火能量。 （四）粉尘悬浮扩散
尺寸小于850 μm的粒子称为粉尘。 （五）有限空间
有些粉尘即使在开放的空间内也能引起爆炸，这其化学反应引起压力升高的速度远远大于粉尘云边缘压力释放的速度，
二、粉尘爆炸的过程和特点（领会） 粉尘爆炸有两种机理：
一是粉尘受热后释放可燃气体发生燃烧和爆炸，称为Ⅰ型粉尘爆炸； 一种是粉尘粒子接受火源的热量后直接与氧化剂发生剧烈的氧化反应，称为Ⅱ型粉尘爆炸。
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对于Ⅰ型粉尘爆炸，一般要经历如下几个过程：
一是粉尘粒子被点火源加热后表面温度迅速升高，粒子迅速干馏或分解产生可燃气体，释放到粒子周围的气相中；
二是可燃气体与空气（或其他氧化剂）的混合物被火源点燃而发生燃烧。 三是火焰在传播过程中产生的热量使越来越多釣粉尘粒子挥发或分解，释放越来越多的可燃气体，使燃烧传播并加快，最终导致粉尘爆炸。
对于Ⅱ型粉尘爆炸
在爆炸过程中不释放可燃气体，粉尘粒子受热后直接与空气中的氧气发生氧化反应，产生的反应热使火焰传播。
粉尘爆炸具有以下特点：
1)粉尘爆炸比气体爆炸需要的点火能大、引爆时间长。
2)燃烧速度和爆炸压力比气体爆炸小，然而燃烧时间长，产生的能量大。
3)粉尘初始爆炸产生的气浪会使粉尘扬起，在新的空间形成爆炸浓度而产生二次爆炸、三次爆炸，因此破坏更大。
4)粉尘爆炸容易引起不完全燃烧，产生大量的一氧化碳等不完全燃烧产物，有人员中毒的危险。
三、粉尘爆炸的特征参数 （一）爆炸极限 （二）最小点火能 （三）发火温度
（四）爆炸压力和升压速度
四、粉尘爆炸的影响因素（领会） （一）粉尘的理化性质
粉尘的粒度越小，其比表面积越大，氧化反应的速度越快，同时，其在空气中分散度越大，悬浮时间越长，越容易发生爆炸。
粉尘的挥发分含量越高，爆炸的危险性越大，爆炸压力和升压速度越高。 燃烧热高、氧化速度快的粉尘容易发生爆炸，而且爆炸压力和升压速度也大。 比表面积大的越容易发生爆炸，孔隙率大的粉尘爆炸威力越大。 （二）粉尘的浓度
粉尘浓度由爆炸下限开始升高时，最大爆炸压力和升压速度增加，达到最大值后开始下降
（三）温度
环境温度升高时，粉尘爆炸危险性增加，爆炸下限和最小点火能下降，最大爆炸压力和升压速度升高 （四）压力
初始压力升高时，粉尘爆炸危险性增加，爆炸下限降低，最大爆炸压力和升压速度升高， （五）氧气浓度
加入惰性气体时，可以降低氧气的浓度，能使粉尘的爆炸性能降低，当氧气浓度降低到
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一临界值时，粉尘爆炸性能完全丧失，这时的氧气浓度称为临界氧含量 （六）可燃气等杂混物
当可燃粉尘和空气的混合物中混入可燃气体或可燃蒸气时，粉尘爆炸的危险性显著增加，具体表现为爆炸下限和最小点火能降低，而最大爆炸压力和最大升压速度提高 （七）点火源
点火源的能量越高，粉尘爆炸下限降低，粉尘越容易发生爆炸，粉尘达到最大爆炸压力的时间越短。
五、粉尘爆炸的预防和控制（简单应用） 粉尘爆炸的防护措施包括两大类：
一是从根本上预防粉尘爆炸发生的防护措施； 二是限制粉尘爆炸危害的防护措施。
前一种防护措施又称为主动防护，后一种防护措施又称为被动防护 （一）主动防护措施
1．避免使用可燃粉尘或限制可燃粉尘的量 2．采用负压或加入惰性气体限制氧气含量 3．消除有效点火源 （二）被动防护措施
1．抑爆
抑爆是利用爆炸探测器感应初始爆炸，中心控制单元触发抑爆器动作，扑灭爆炸火焰，防止产生过高的压力。抑爆系统由爆炸探测器、中心控制单和抑爆器组成， 常用的抑爆剂有：halon系列（爆炸温度较低）、水（对亲水粉尘有效）、磷酸盐和碳酸盐（对工业粉尘）。
２．泄爆
第五节 典型固体燃烧的特点 一、高聚物的燃烧
（一）高聚物的燃烧过程（领会） 1．软化熔融 2．热分解 3．着火燃烧
（二）高聚物燃烧过程（识记）
1．发热量较高，燃烧速度快，容易引起火塞扩散蔓延 2．发烟量大，降低能见度 3．燃烧或分解产物毒性大
二、木材和煤的燃烧
（一）木材的燃烧三个阶段：（领会） 1．热分解
加热到110℃时，首先是水分发生蒸发，并蒸发出极少量树脂；
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加热到130℃木材开始热分解，分解产物主要是丛和二氧化碳； 加热到220℃--250℃时起变色并碳化，纤维素被分解，生成一氧化碳、氢和碳氢化合物； 加热到300℃时，木材发生剧烈的热分解， 2．有焰燃烧
木材热分解析出可燃气体，其浓度随温度的升高而增加，此时遇到火源，木材被引燃 3．无焰燃烧
在木材完全不析出可燃气体时，才出现无焰燃烧，即木炭的表面燃烧。 （二）煤的燃烧经过如下的阶段：（领会）
煤首先被预热、干燥、蒸发出水分，然后开始析出挥发性气体如CO、CO2、CH4等，析出的挥发物在足够高的温度下，与周围的氧作用在煤附近着火燃烧，形成光亮的火焰； 当挥发物析出与燃尽后，煤焦已足够热，可以和扩散进入的氧气化合进行燃烧反应，此时挥发物的可见火焰燃烧变为煤焦的无焰燃烧所代替。 三、金属的燃烧（领会）
金属的燃烧能力取决于金属本身理化性质，其中金属的熔点、沸点等对其燃烧性能影响比较显著。
轻金属燃烧过程是：
与火源接触时被加热发生氧化，在金属表面形成一层氢化物，氧化物为多孔性物质，金属内部可以进一步被加热和氧化。过一段时间后，金属被熔融并开始蒸发，蒸发出的蒸气通过多孔的固体氧化物表 面扩散进入人空气中，当空气中金属浓度度达到一定浓度时即发生燃烧。
重金属燃烧过程是
重金属因其氧化物的熔点低于金属的沸点，燃烧时会在熔融金属表面上形成一层氧化膜，减缓了金属被氧化，因此，重金属在空气中较难燃烧。但这类金属在粉末状、气熔胶状、刨花状时在空气中能激烈燃烧，且不生成烟。
轻金属的燃烧属于熔融蒸发式燃烧，而重金属的燃烧属于气—固两相燃烧。 金属燃烧的普遍特征：（识记）
1．金属燃烧难易程度与金属的比表面积关系极大 2．燃烧热大，燃烧温度高
金属燃烧热一般为普通燃料的5～20倍。 3．金属在燃烧时性质活泼
4．某些金属燃烧时火焰具有特征颜色
第六节 固体材料的阻燃处理 一、阻燃剂的种类和选用原则
阻燃剂、阻化剂就是能够提高易燃或可燃物的难燃性、自熄性或消烟性的各种助剂。 （一）阻燃种类（识记）
以添加阻燃剂的方式来划分，阻燃剂可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两种。 添加型阻燃剂占阻燃剂的绝大部分市场
反应型阻燃剂是其本身参加高聚物的反应，成为高聚物的一部分。 以元素可分为卤系、磷系、铝系、镁系等；按化学组成可分为有机阻燃剂与无机阻燃剂，
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无机阻燃剂氢氧化铝、氢氧化镁应用最广，热稳定性好，无腐蚀气体，无毒，发烟少 有机阻燃剂主要包括磷系阻燃剂和卤系阻燃剂 卤系阻燃剂主要包括氯系和溴系两类。
在氯系阻燃剂中常用的有氯化石蜡、氯化聚乙烯等。
溴系阻燃剂有十溴二苯醚、四溴二酚A、四溴二季戊四醇、溴代聚苯乙烯、五溴甲苯和六溴环十二烷等。 （二）阻燃的选用原则
1)阻燃效果显著，作用时间长。
2)不影响材料的物理、力学及加工性能。 3)燃烧或受热分解时发烟量小，毒性低。 4)价格便宜，操作处理方便。
二、阻燃剂的作用机理及发展趋势 （一）阻燃机理
其物理效应来看，主要有稀释可燃物和氧含量的作用、吸热和隔离氧的作用； 其化学效应主要是消除游离基和形成致密炭质膜的作用。 表现在几个方面： 1．吸热效应 2．覆盖较应 3．稀释效应 4．转移效应- 5．抑制效应
（二）几种典型阻燃剂的阻燃作用 1．氢氧化铝
其阻燃机理主要是吸热效应，有阻燃及降低发烟量的效果，是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂。 2．卤系阻燃剂
一是抑制效应，受热生成卤化氢，卤化氢消耗高聚物降解产生的游离基，中断链式反应 二种覆盖效应，卤系阻燃剂分解生成的卤化氢是一种难燃气体，密度比空气大，可在高分子材料表面形成屏障，降低可燃性气体的浓度。 3．磷系阻燃剂
作用机理是其能使材料脱水炭化，在材料表面形成炭化层。 4．磷—氮系阻燃剂 又称膨胀型阻燃剂，其阻燃机理主要是覆盖效应，生成均匀的炭质泡沫层，隔热、隔氧、抑烟。
5．锑—卤协同体系
三氧化二锑与卤系阻燃与氯化物同时使用时，通过协同效应能大大提高阻燃效果。 6．吸水盐类组化剂
主要为吸水盐类的液膜隔氧降温学说和提高反应物之间活化能的副催化学说等。
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（三）阻燃剂的发展趋势 1．无卤化趋势
卤素阻燃剂的严重缺点是燃烧时生成大量的烟和有毒且具有腐蚀性的气体，会导致金属物件的腐蚀及对环境的污染；而且有毒。 2．抑烟化、减少有害气体趋势
抑烟剂主要以金属氧化物、过渡金属氧化物为主，有硼酸锌、铝化合物（三氧化铝、铝酸铵）及其复配物、镁-锌化铜、氧化锡、氧化铜等。
三、常用固体材料阻燃处理方法 （一）高聚物的阻燃处理（应用） 1．共混
共混就是在高聚物中添加阻燃剂以及惰性的无机填料。
该法要求阻燃剂能耐高温，并与聚合物的相容性好，不改变聚合物的物理和力学性能。 2．共聚
共聚是将阻燃性好的阻燃剂单体与聚合物进行共聚反应，从而将共聚体引入高聚物的分子链中，以提高难燃性。
该法的优点是经过处理的高聚物具有持久的阻燃性。 3．涂层
涂层是在高聚物制成后在其表面涂敷阻燃剂，使阻燃剂被高聚物表面吸收或形成涂布，以达到阻燃的目的。常用于纤维或其织物的阻燃处理。
（二）木材及其制品的阻燃处理（应用） 1．表面涂饰
表面涂饰是将含有阻燃剂的胶粘剂涂刷在木材表面，形成一层阻燃保护层。- 2．浸渍处理
浸渍处理分为常压浸渍和加压浸渍。 3．添加
直接添加阻燃剂一般用于人造木板，在刨花或纤维进入拌胶机后，边搅拌边加入适量的阻燃剂。
（三）易自燃煤的阻化处理
根据气雾阻化机理，在漏风通道入口设置雾化器，将阻燃剂变为阻化气雾，科学利用采空区漏风为载体，将气雾飘移向采空区易自燃发火的碎裂煤体，并附着在漏风气流所经过的煤体表面，从而起到阻化防火的作用。
第六章室内火灾简介
第一节 概述
室内平均温度是表征火灾燃烧强度的重要指标 室内火灾可分成三个阶段：（识记）
火灾的初期增长阶段、全面发展阶段和衰减阶段。
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在前面两个阶段之间，有一个温度急剧上升的狭窄区，通常称为轰燃区，它是火灾发展的重要转折区。
以此为界，将第一阶段称为轰燃前阶段，将第二阶段称为轰燃后阶段。 三个阶段的主要特征如下：（领会） (1)初期增长阶段 (2)全面发展阶段
这是火灾中最危险的阶段。 (3)衰减阶段
火灾衰减阶段是从室内平均温度降到其峰值的80%时算起。 第二节 室内受限燃烧的特点 一、通风因子（识记）
?与参数（通风因子）AH燃烧速率m
1/2大致成线性关系
?=5.5AH1/2 mA——通风口的截面面积(m2)；
H——通风口自身的高度(m)；
AH1/2——通风因子。
一般来说，在一定的AH1/2范围内，可燃物的燃烧速率由 流人室内的空气流量决定；
如果通风因子不断加大，将会出现燃烧速率与通风因子无关的状况。 二、室内燃烧的控制形式（领会）
可燃物的燃烧速率是由空气流人质量速率决定的，这种燃烧称为通风控制燃烧。 另一种控制形式，即燃料控制。燃料控制的燃烧速率由可燃物的性质决定。
?与空气流人质量速率的关系确定，两种控制形式的分界线可由燃料的质量燃烧速率m
?air为理论空气流入质量速率，于若设r为室内发生化学当量比燃烧时的空气与燃料比，m是
通风控制状态下：
燃料控制状态下：
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假设室内发生化学当量比燃烧，则意味着燃烧速率与空气流入速率有直接关系。 在受限燃烧中，可燃物的质量燃烧速率是随周围环境施加到可燃物表面的辐射热而增加的。
三、通风对室内燃烧的影晌（领会）
稳定燃烧区域的形成是室内热量积累与通风受限双重影响的结果。 通风口偏低时，AH1/2很小便进人了稳定燃烧状态。当通风口升高时，进入稳定燃烧状
况所需的通风因子要大得多，其燃烧速率的极大值也明显高得多。对于确定的通风因子，随着通风口位置高度的增加，燃烧速率出现了上升-下降-回升的变化规律。 通风口位置慢慢升高将使烟气层逐渐减薄，但在开始阶段其主要效果是使烟气层浸没火焰的情况得到缓解，于是燃烧速率不断增大。
当烟气层对火焰不再产生直接影响时，燃烧速率达到极大值。
如果通风口高度再增加，烟气减弱造成的室内温度下降的影响趋于明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。
通风口位置继续升高，燃烧速率的再回升则表明另一种机理开始发挥作用，即烟气从通风口流出的速度增大了。
双通风口时的燃烧速率比仅开门通风时低。这应是窗户影响的结果。当热气体可以从位置较高的窗户流出时，将会限制室内烟气层的增厚，使混合热气体流出和热辐射引起的热损失增大，致使室内平均温度偏低，从而影响了燃烧速度的升高。
四、可燃物性质对室内燃烧的影晌（大纲未要求）
第三节室内火灾的发展 阶段
室内火灾可分三个阶段：火灾的初级增长阶段、全面发展阶段和衰减阶段。 一、初级增长阶段：这一阶段从出现明火算起。
(1)开始火焰体积较小，燃烧状况与敞开环境中的燃烧条件差不多 (2)随后火焰体积逐渐增大，壁面便可对燃烧状况产生明显影响； (3)此时，室内的通风状况对火灾的后续发展具有重要作用。 二、全面发展阶段：从轰然算起。 (1)室内的燃烧强度仍在增加 (2)热释放速率逐渐达到最大值 (3)室内温度可达到 1000℃
(4)可以严重地损坏室内设备以及建筑物本身，甚至造成建筑物部分或全部倒塌； (5)高温火焰还会卷吸很多的可燃气体从起火室窜出，使火焰蔓延到邻近的区域 (6)是火灾中最危险的阶段。
三、衰减阶段：是从室内平均气温降到其峰值的80%时算起。 (1)是火灾逐渐冷却的阶段。
(2)由于室内可燃物的挥发分大量消耗，火焰燃烧逐渐无法维持； (3)室内只剩下一堆赤热的焦化后的炭：它按固体燃烧的形式进行无焰燃烧，其燃烧速率已相当缓慢。
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在一限定空间内可燃物的表面全部卷入燃烧的瞬变状态，称为轰燃。 轰然发生的条件：
(1)地板平面处至少要接收到 20kw／m2的热通量； (2问燃物的燃烧速率要达到 40g/s; (3)顶棚烟气温度接近600℃。
第四节烟气的流动 一、驱动烟气流动的力
（一）由于燃烧而产生的浮力
（二）建筑物内外温差所产生的浮力 （三）外部风造成的压差
（四）空气调节系统造成的压差 二、火灾中的烟气生成速率
烟气的生成量等于卷吸人的空气量。
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