1、研究火災(zāi)燃燒過程的極限參數(shù)，可以為有效地防止火災(zāi)燃燒的發(fā)生提供依據(jù)；或一旦火災(zāi)燃燒發(fā)生了，可以為控制其發(fā)展和蔓延提供依據(jù)，用簡單有效的方法去中止燃燒過程。 值得注意的是，有很多火災(zāi)燃燒過程的極限參數(shù)，比如著火和火焰?zhèn)鞑サ臐舛葮O限、液體和固體物質(zhì)著火溫度極限、壓力極限和點(diǎn)火能量臨界值、燃燒傳播的極限速度、質(zhì)量燃燒速度的極限值、燃燒區(qū)溫度極限值，等等。如果實(shí)際火災(zāi)燃燒過程的參數(shù)低于這些參數(shù)的極限值，燃燒就不可能進(jìn)行，一種情況是根本就不能發(fā)生燃燒，另一種情況是即使發(fā)生了燃燒，但會自行熄滅。 消防工作者實(shí)際最感興趣的是能對燃燒發(fā)生的可能性施加影響或控制其參數(shù)直至熄滅燃燒的那些參數(shù)和特性。屬于此類參數(shù)主

2、要有：著火濃度極限、燃燒傳播速度、燃燒速度和燃燒溫度極限等。 一、火災(zāi)燃燒的濃度極限 燃燒濃度極限已在第三章中詳細(xì)地闡述過了，偏離濃度極限的燃燒是不能進(jìn)行的。一些最常用物質(zhì)的燃燒濃度極限值如圖5-1和5-2所示。圖5-1 烴與空氣混合物點(diǎn)火能量與燃燒濃度極限的關(guān)系圖5-2 不同壓力和不同空氣組分時(shí)丙烷與空氣混合物點(diǎn)火能量與的燃燒濃度極限關(guān)系（121%O2；250%O2；3100%O2）一、火災(zāi)燃燒的濃一、火災(zāi)燃燒的濃度極限度極限*二、點(diǎn)火臨界能量二、點(diǎn)火臨界能量和溫度和溫度三、火災(zāi)燃燒的壓三、火災(zāi)燃燒的壓力極限力極限四、火災(zāi)燃燒傳播四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度的極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃五、火災(zāi)燃

3、燒的燃燒熱極限燒熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫六、火災(zāi)燃燒的溫度極限度極限 圖5-1和5-2表明，混合物著火燃燒所需要的最低能量是相當(dāng)高的，以致實(shí)際火災(zāi)上這將是不可能的。對于已產(chǎn)生的火焰來說，可燃混合物在輸人燃燒區(qū)的過程中，如果化學(xué)當(dāng)量濃度的混合物的組分濃度發(fā)生變化，就意味著自火焰鋒面流人新鮮混合物的能量開始減少，以致不足以維持新鮮混合物不間斷著火，燃燒過程將停止。 這種用濃度極限方法中止燃燒過程機(jī)理的更深層次的原因在于，隨著可燃燒混合物濃度不管是向貧可燃混合氣方向變動，還是向富可燃混合氣方向變動，燃燒過程的強(qiáng)度和其反應(yīng)區(qū)的火焰溫度都將逐漸減低，而火焰鋒面的熱損失的份量將劇增；與此同時(shí)，自火焰鋒面流人

4、新鮮混合氣的熱流也將減少，此間，為維持非化學(xué)當(dāng)量濃度的混合物不間斷燃燒所需要的能量則越來越大，這是因?yàn)辄c(diǎn)燃這種組成混合物所需能量增加了，如圖5-1所示。 一、火災(zāi)燃燒的濃一、火災(zāi)燃燒的濃度極限度極限*二、點(diǎn)火臨界能量二、點(diǎn)火臨界能量和溫度和溫度三、火災(zāi)燃燒的壓三、火災(zāi)燃燒的壓力極限力極限四、火災(zāi)燃燒傳播四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度的極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限燒熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫六、火災(zāi)燃燒的溫度極限度極限 火焰在氣體、蒸氣與空氣混合物中的傳播濃度極限通常與混合物的著火燃燒濃度極限一致。在這個(gè)極限范圍之外，火焰不能傳播，即自行熄滅。近些年來較為精確的研究證明，在地心引力作

5、用下，由于自然對流力影響燃燒的傳質(zhì)傳熱過程，火焰?zhèn)鞑舛葮O限與氣體混合物，特別是大型容器（如氣柜、貯罐、大房間等）內(nèi)混合物的著火濃度極限稍有不同。在這種情況下，火焰?zhèn)鞑舛葮O限與點(diǎn)火源的位置有關(guān)。 如果在低處著火，且火焰向上傳播，火焰?zhèn)鞑舛葮O限與著火燃燒濃度極限一致。如果引火源位于可燃混合物的上部，火焰由上向下傳播時(shí)，火焰?zhèn)鞑舛葮O限范圍稍窄于著火濃度極限，這種極限濃度混合物著火后，火焰或者是由點(diǎn)火處根本不蔓延，或者是僅在水平方向上蔓延，而后自熄，不會向底層氣體混合物蔓延。這是因?yàn)樯仙龑α鳉饬饕鹑紵齾^(qū)熱損失的緣故，燃燒區(qū)很大一部分熱不是進(jìn)人位于燃燒區(qū)底層的新鮮可燃物，而是被向上逸散的燃燒產(chǎn)

6、物帶走。一、火災(zāi)燃燒的濃一、火災(zāi)燃燒的濃度極限度極限*二、點(diǎn)火臨界能量二、點(diǎn)火臨界能量和溫度和溫度三、火災(zāi)燃燒的壓三、火災(zāi)燃燒的壓力極限力極限四、火災(zāi)燃燒傳播四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度的極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限燒熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫六、火災(zāi)燃燒的溫度極限度極限 為使氣體與空氣混合物鈍化而添加惰性稀釋劑（惰性氣體）的臨界濃度也可屬于著火燃燒和火焰?zhèn)鞑舛葮O限，這種稀釋劑的臨界值也與可燃物種類、燃燒狀況、壓力和其他情況有關(guān)。惰性稀釋劑的大致體積臨界值可按下列順序排列：二氧化碳2530；水蒸氣3035%；氦氣和氮?dú)?540%；氫氣5055%。如果氣體混合物有惰性稀釋劑的濃度

7、超過上述臨界值，則混合物即不能著火也不能傳播火焰。 擴(kuò)散燃燒時(shí)，空氣中的氧濃度也有一定的濃度極限。對多數(shù)烴類可燃物而言，氧的臨界濃度約為1015%（體積）。低于氧的這個(gè)濃度，有焰燃燒的擴(kuò)散過程就將不可能存在。一、火災(zāi)燃燒的濃一、火災(zāi)燃燒的濃度極限度極限*二、點(diǎn)火臨界能量二、點(diǎn)火臨界能量和溫度和溫度三、火災(zāi)燃燒的壓三、火災(zāi)燃燒的壓力極限力極限四、火災(zāi)燃燒傳播四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度的極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限燒熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫六、火災(zāi)燃燒的溫度極限度極限 二、點(diǎn)火臨界能量和溫度 烴類可燃?xì)怏w、蒸氣與空氣混合物的安全電火花容許能量臨界值約為0.1mJ，而氫氣與空氣混合

8、物的點(diǎn)火臨界能量值約為前者的十分之一，即0.01mJ。 點(diǎn)火臨界能量不僅同可燃物種類、混合物組分濃度有關(guān)，而且還同可燃混合物的熱物理性質(zhì)、壓力以及其他因素有關(guān)。圖4-2中的結(jié)果表明，降低可燃?xì)怏w混合物的壓力，可使點(diǎn)火臨界能量均衡上升，增大數(shù)十倍，而如果壓力降至0.2atm，則增大到5mJ。如果用氧氣代替空氣中的氮?dú)?，各種壓力下著火濃度范圍都變寬（丙烷到50），并且點(diǎn)火臨界能量降低數(shù)百倍（達(dá)到210-3mJ），從而大大地提高了混合物的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性。用熱傳導(dǎo)良好的氦氣代替空氣中的氮?dú)?，能提高乙醚點(diǎn)火能量臨界值約10倍，達(dá)到2mJ。如果外界點(diǎn)火功率小于臨界能量，不論混合物的種類、組分和狀態(tài)怎樣，均

9、不能著火。 可燃?xì)怏w、蒸氣與空氣混合物自燃點(diǎn)極限值也同可燃物種類、壓力和其他因素有關(guān)。石蠟族烴類最低自燃點(diǎn)約為200oC。固體可燃材料在空氣中的自燃點(diǎn)更取決于可燃物和氧化劑體系的傳熱、傳質(zhì)和氣體交換條件，它還同可燃材料種類、粒度、水分、孔隙率、堆放密度、體系的幾何尺寸、通風(fēng)條件等有關(guān)。掌握可燃體系著火和點(diǎn)火的臨界參數(shù)對保障防火、防爆安全有重要意義。火災(zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火臨界能量和點(diǎn)火臨界能量和溫度溫度三、火災(zāi)燃燒的壓力三、火災(zāi)燃燒的壓力極限極限四、火災(zāi)燃燒傳播的四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃燒五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫度六、火災(zāi)燃燒的溫

10、度極限極限 三、火災(zāi)燃燒的壓力極限 著火和燃燒在壓力上的極限也很寬。實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)能力最強(qiáng)的氫一氧化學(xué)當(dāng)量濃度混合物，著火的絕對極限壓力為665920Pa，即約為0.01atm。如果壓力小，實(shí)際上著火是不可能的，因?yàn)辄c(diǎn)火所需要的能量必須增加數(shù)萬倍。多數(shù)烴類與空氣混合物在壓力為0.1atm（即約9103Pa）時(shí)，已是難以著火的了。 如果壓力為0.5atm，自由擴(kuò)散燃燒的強(qiáng)度將大大下降（幾乎降低到自行傳播極限）?；馂?zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火臨界能量和點(diǎn)火臨界能量和溫度溫度三、火災(zāi)燃燒的壓力三、火災(zāi)燃燒的壓力極限極限四、火災(zāi)燃燒傳播的四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃燒五

11、、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫度六、火災(zāi)燃燒的溫度極限極限 四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度 從火災(zāi)動力學(xué)觀點(diǎn)看，燃燒傳播速度和質(zhì)量燃燒速度的極限有著重要意義。如果說燃燒過程傳播速度的高限值不是很固定的，那么各種可燃體系的下限值和質(zhì)量燃燒速度極限值則相當(dāng)準(zhǔn)確。氣體與空氣混合物火焰?zhèn)鞑ニ俣壬舷拗祹缀跏遣淮嬖诘摹?法向?qū)恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊纳舷拗底儎佑?.4至2.5m/s之間，并隨燃燒氣體動力工況的變化，上限值可達(dá)50100m/s。如果是在長通道、管道或局部紊流器中，燃燒轉(zhuǎn)為強(qiáng)烈的紊流火焰，速度上限值可加速到300400m/s，繼而轉(zhuǎn)為爆轟式燃燒，速度可達(dá)23km/s。 氣體與空氣混合物火焰?zhèn)?/p>

12、播速度的下限值則有一定的數(shù)值，約為0.020.04m/s。液體和固體可燃材料表面上燃燒傳播速度（這些物質(zhì)的溫度大大低于其燃點(diǎn)）還要低。 這種速度同可燃材料種類、狀態(tài)（粒度）、燃燒過程的外部條件（固體材料的火焰?zhèn)鞑シ较颍┖推渌蛩赜嘘P(guān)。速度的低限值可接近于零（火焰不傳播的情況），而上限值則限于每秒為若干厘米，可達(dá)1015m/s?；馂?zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火臨界能量和點(diǎn)火臨界能量和溫度溫度三、火災(zāi)燃燒的壓力三、火災(zāi)燃燒的壓力極限極限四、火災(zāi)燃燒傳播的四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃燒五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫度六、火災(zāi)燃燒的溫度極限極限 固體和液體

13、可燃物質(zhì)的質(zhì)量燃燒速度同樣與可燃物種類和燃燒條件有關(guān)。 液體質(zhì)量燃燒速度上限在0.050.1kg/m2.s，固體可燃材料的上限則僅為0.0150.02kg/m2.s。質(zhì)量燃燒速度的下限，不論是可燃液體還是固體可燃材料實(shí)際上都一樣,其值約等于0.0030.005kg/m2.s。固體和液體可燃物質(zhì)的這種質(zhì)量燃燒速度極限值同氣體、蒸氣與空氣混合物火焰?zhèn)鞑ブ本€速度極限值有較好的相關(guān)性。 如果考慮到多數(shù)固體和液體物質(zhì)完全燃燒1kg時(shí)所需空氣量（Vo空）約5至10m3，燃燒的濃度是下限時(shí)超量空氣系數(shù)（空）約為2，則燃燒質(zhì)量速度為0.005kg/m2.s，利用公式-5-1可得出液體表面上的氣體與空氣混合物以

14、燃燒速度下限進(jìn)行燃燒時(shí)的火焰?zhèn)鞑ブ本€速度近似值（v焰）： (5-1) 將有關(guān)數(shù)值代人可求出：v焰 0.00552 = 0.05（m/s），這個(gè)速度相應(yīng)于貧可燃?xì)怏w與空氣混合物火焰?zhèn)鞑O限速度（ ），即約為4cm/s。如果燃燒速度和傳播速度很小，燃燒就不能進(jìn)行，燃燒也就停止了?；馂?zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火臨界能量和點(diǎn)火臨界能量和溫度溫度三、火災(zāi)燃燒的壓力三、火災(zāi)燃燒的壓力極限極限四、火災(zāi)燃燒傳播的四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃燒五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫度六、火災(zāi)燃燒的溫度極限極限 空空臨界質(zhì)焰oVvv臨界焰v五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限 燃燒過程

15、的另一個(gè)極限參數(shù)是產(chǎn)熱速率。極限質(zhì)量燃燒熱，對各種可燃的烴類物質(zhì)來說，每千克可燃物燃燒可產(chǎn)生的熱量由25003000至1150012000kcal（或者約為10000至50000kJ）。但為了停止火場的燃燒過程，更有重要意義的是任一種可燃?xì)怏w與空氣混合物燃燒1m3時(shí)的熱效應(yīng)下限值。對所有烴類可燃物與空氣混合物來說，燃燒1m3可燃混合物，其下限值約1830kJ。低于燃燒熱的下限值，燃燒過程就不能進(jìn)行下去，燃燒就會停止。 燃燒熱下限值同樣與液體和固體可燃物質(zhì)燃燒質(zhì)量速度最小值（即 0.005kg/m2.s）有密切關(guān)系。含水10%以下的木材，其燃燒熱（ ）約為15600kJ/kg，而煤油的燃燒熱約為

16、43000 kJ/kg，為使它們完全燃燒所需的空氣量（ ）分別為4.2和11.5m3/kg。如果考慮到燃燒是在濃度下限條件下進(jìn)行的，這些可燃物燃燒的超量空氣系數(shù)（空）約為2，可求得1m3可燃蒸氣、氣體與空氣混合物燃燒質(zhì)量速度低限時(shí)的燃燒熱量?；馂?zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火臨界能量和點(diǎn)火臨界能量和溫度溫度三、火災(zāi)燃燒的壓力三、火災(zāi)燃燒的壓力極限極限四、火災(zāi)燃燒傳播的四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度極限速度五、火災(zāi)燃燒的燃燒五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫度六、火災(zāi)燃燒的溫度極限極限 臨界焰vpQ低空oV 對于木材，為： (kJ/m3) (5-2a) (kJ/m3) (5-2a)

17、 這就是說氣體與空氣混合物燃燒質(zhì)量速度低限值相應(yīng)于臨界燃燒熱約1830W/m3。正因?yàn)槿绱耍绻紵|(zhì)量速度小，即當(dāng)燃燒熱值小、混合物中可燃物濃度小的時(shí)候，燃燒就停止了。 根據(jù)這些例子可明顯看出，燃燒過程的一些主要極限參數(shù)是相互聯(lián)系的：燃燒質(zhì)量速度同氣體與空氣混合物火焰?zhèn)鞑ブ本€速度之間；燃燒質(zhì)量速度同燃燒極限熱值之間；燃燒質(zhì)量速度同可燃混合物的濃度極限之間等等。此外，用極限燃燒熱值可以計(jì)算燃燒過程的溫度下限近似值?；馂?zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火臨界能量和點(diǎn)火臨界能量和溫度溫度三、火災(zāi)燃燒的壓力三、火災(zāi)燃燒的壓力極限極限四、火災(zāi)燃燒傳播的四、火災(zāi)燃燒傳播的極限速度極限速度五、火災(zāi)燃燒的

18、燃燒五、火災(zāi)燃燒的燃燒熱極限熱極限六、火災(zāi)燃燒的溫度六、火災(zāi)燃燒的溫度極限極限 186022415600.VQQop空空低臨界木1870251143000.VQQop空空低臨界煤油六、火災(zāi)燃燒的溫度極限 根據(jù)可燃物種類、混合物的可燃組分和燃燒狀況，火焰溫度的理論值為20002500K。由于燃燒區(qū)熱輻射損失和燃燒的不完全，火場火焰溫度很少超過17001800K。 火場條件下，燃燒區(qū)溫度在很大程度上取決于可燃材料的種類、其聚集態(tài)和熱、質(zhì)交換條件。所以，可燃?xì)怏w燃燒時(shí)，火場的上限溫度可采用16001800K的范圍，可燃液體燃燒時(shí)可采用15001600K的范圍，固體可燃材料燃燒時(shí)可采用14001500K的范圍（火藥和鎂金屬燃燒除外，它們?nèi)紵齾^(qū)溫度可達(dá)2500K以上）?；馂?zāi)燃燒的濃度火災(zāi)燃燒的濃度極限極限點(diǎn)火