1、空氣中含有約21%（體積分?jǐn)?shù)）或23.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的氧氣，通?？扇嘉镌诳諝庵杏鲎銐蚰芰奎c(diǎn)火源時(shí)即會(huì)發(fā)生燃燒。但當(dāng)空氣量或其中的含氧量不足時(shí)，可燃物就不能燃燒或正在進(jìn)行的燃燒就會(huì)逐漸熄滅。因此，空氣需要量（其中氧氣需要量）成為燃燒反應(yīng)的重要參量。為研究問題方便，假設(shè)燃燒過程發(fā)生的是完全燃燒反應(yīng)。 空氣需要量是指一定量可燃物完全燃燒時(shí)所需空氣的質(zhì)量或體積。 (一) 固體和液體可燃物的理論需要量 1、假設(shè)條件 (1) 對(duì)固體和液體可燃物，習(xí)慣上用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示其組成，其成分為： (1-12) 式中，C、H、O、N、S、A和W分別代表可燃物中碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。 (2) 燃

2、燒反應(yīng)按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行； (3) 燃燒生成的產(chǎn)物假設(shè)為理想氣體。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算*,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,2、理論空氣需要量計(jì)算 (1) 理論氧氣質(zhì)量需要量計(jì)算 在可燃物的組成中，C、H和S是可燃成分。按照完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)式，1kg可燃物中碳燃燒時(shí)所需的氧氣質(zhì)量為： (kg/kg) (1-13) 同理：由H、S的完全燃燒化學(xué)反應(yīng)式可得1kg可燃物中氫、硫燃燒時(shí)所需氧氣質(zhì)量為： (kg/kg) (1-14) (kg/kg) (1-15) 每1kg可燃物燃燒時(shí)消耗的氧氣質(zhì)量為碳、氫、硫三者之和，扣除

3、可燃物本身含氧助燃質(zhì)量，即可得出1kg可燃物完全燃燒所需要的最少氧氣質(zhì)量為： (kg/kg) (1-16) 式中，可燃物燃燒消耗的理論氧氣質(zhì)量，kg/kg。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算*,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(2) 理論氧氣體積需要量計(jì)算 燃燒過程中消耗的氧氣通常為氣體組分，習(xí)慣上以體積表示其計(jì)量單位。假設(shè)消耗的氧氣為理想氣體，則1kg固體和液體可燃物質(zhì)燃燒所需的氧氣的體積為： (m3/kg) (1-17) 式中，可燃物燃燒消耗的理論氧氣體積，m3/kg。 (3) 理論空氣需要量（體積）計(jì)算 氧氣在空氣中體

4、積分?jǐn)?shù)為21%，因此可推算出1kg固體和液體可燃物燃燒需要空氣量（體積）為： (m3/kg) (1-18) 式中：Vo,air可燃物燃燒消耗的理論空氣體積，m3/kg。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算*,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(二) 可燃?xì)怏w理論空氣需要量 1、假設(shè)條件 (1) 對(duì)氣體可燃物，習(xí)慣上用體積分?jǐn)?shù)表示其組成，其成分為： (1-19) 式中：CO、H2、CnHm、H2S、CO2、O2、N2、H2O分別代表氣態(tài)可燃物中各相應(yīng)組分的體積分?jǐn)?shù)，%。CnHm代表碳?xì)浠衔锏耐ㄊ?，它可能是CH4、C2H2、C2H

5、4、C3H8等等。 (2) 燃燒反應(yīng)按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算*,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,2、理論空氣需要量計(jì)算 (1) 理論氧氣需要量計(jì)算 在可燃物的組成中，CO、H2、H2S和CnHm是可燃成分。按照完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)式，1m3氣態(tài)可燃物中CO燃燒時(shí)所需的氧氣體積為。同理，由H2、H2S和CnHm完全燃燒化學(xué)反應(yīng)式可得1m3可燃物中H2、H2S和CnHm燃燒時(shí)所需氧氣體積為： (1-20) 扣除可燃物本身氧氣助燃體積，即可得出1m3氣態(tài)可燃物完全燃燒所需要的最少氧氣體積為： (1-21)

6、 式中，可燃物燃燒消耗的理論氧氣體積，m3/m3。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算*,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(2) 理論空氣需要量計(jì)算 氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)為21%，可推算出1m3氣體可燃物燃燒需要的空氣量（體積）為： (1-22) (三) 實(shí)際空氣需要量 上述用完全燃燒反應(yīng)式計(jì)算可燃物燃燒所需要的空氣量，是理論空氣需要量。然而在實(shí)際火災(zāi)的燃燒過程中，由于可燃物與空氣混合或接觸不是非常均勻或充分等原因，保證可燃物完全燃燒所需要的空氣量要多于理論空氣需要量。完全燃燒所耗用的實(shí)際空氣量與理論量之差，稱為超量空氣。實(shí)

7、際空氣量與理論空氣量之比，稱為空氣消耗系數(shù)，用表示，即： （1-23） 值一般在12之間，各態(tài)物質(zhì)完全燃燒時(shí)的經(jīng)驗(yàn)值為：氣體可燃物1.021.2；液體可燃物1.11.3；固體可燃物1.31.7。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算*,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度 由于燃燒而生成的氣體、液體和固體物質(zhì)，叫做燃燒產(chǎn)物。燃燒產(chǎn)物分為完全燃燒產(chǎn)物和不完全燃燒產(chǎn)物。所謂完全燃燒產(chǎn)物是指可燃物中C變成CO2（氣）、H變成H2O（氣）、S變成SO2（氣）、N變成N2（氣）；而CO、NH3、醇類、酮類、醛

8、類等是不完全燃燒產(chǎn)物。 燃燒產(chǎn)物主要以氣態(tài)形式存在，其組成主要取決于可燃物的組成和燃燒條件。大部分可燃物屬于有機(jī)化合物，它們主要由碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素組成。在空氣充足的條件下，燃燒產(chǎn)物主要是完全燃燒產(chǎn)物，不完全燃燒產(chǎn)物量很少；如果空氣不足或溫度較低，不完全燃燒產(chǎn)物量相對(duì)增多。氮在一般條件下不參加燃燒反應(yīng)，而呈游離態(tài)（N2）析出。在特定條件下，氮也能被氧化生成NO或與一些中間產(chǎn)物結(jié)合生成HCN等。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(一) 完全燃燒產(chǎn)物量計(jì)算 1、固體和液體可燃物的燃燒

9、產(chǎn)物量 假設(shè)條件同固體、液體可燃物理論空氣需要量計(jì)算條件。如果發(fā)生完全燃燒，則燃燒產(chǎn)物主要為CO2、H2O、SO2、N2。其各自產(chǎn)物量計(jì)算如下： 1kg可燃物中碳燃燒時(shí)生成的CO2的質(zhì)量為 。表示為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 ，即： ，式中“0”代表標(biāo)準(zhǔn)狀況。 同理可得出標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃燒產(chǎn)生的SO2的體積為： H燃燒生成H2O，加之可燃物本身含有水分。因此產(chǎn)物中H2O的體積為：,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,N生成N2，由于空氣中的N2未參與燃燒反應(yīng)，直接進(jìn)入產(chǎn)物。因此產(chǎn)物中N2的體積為： 燃燒產(chǎn)

10、物的總體積V0,P為： (1-24) 2、氣體可燃物的燃燒產(chǎn)物量 假設(shè)條件同氣體可燃物理論空氣需要量計(jì)算條件。如果發(fā)生完全燃燒，則燃燒產(chǎn)物中的CO2主要來自可燃物中CO、CnHm燃燒生成物及可燃物本身含有的CO2，SO2來源于可燃物中H2S燃燒生成的產(chǎn)物，H2O來源于可燃物中H2、CnHm、H2S燃燒生成產(chǎn)物及可燃物本身含有的H2O。 仿上分析燃燒產(chǎn)物的總體積V0,P為：,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,3、實(shí)際燃燒產(chǎn)物量 上面的計(jì)算是在空氣消耗系數(shù)1時(shí)的情況，因此是理論燃燒產(chǎn)物量。在火場(chǎng)

11、上，由于燃燒的化學(xué)反應(yīng)區(qū)空氣不足，燃燒產(chǎn)物成分與理論分析有些不同。首先，成分中通常含有許多不完全燃燒產(chǎn)物：如有毒的一氧化碳(CO)，固態(tài)碳粒(C)，以煙炱狀形成黑色和不透明的煙霧，以及一些可燃物質(zhì)高溫分解的產(chǎn)物等。其次，燃燒產(chǎn)物成分中有超量的氮和在燃燒區(qū)還未來得及完全反應(yīng)的氧，這種情況是由于在燃燒的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和其周圍空間內(nèi)氣體直接交換的物理過程引起的，即火災(zāi)時(shí)，燃燒區(qū)實(shí)際上缺少空氣，而燃燒產(chǎn)物中卻含有空氣。由于火場(chǎng)上燃燒時(shí)有大量的多余空氣即空23，且與燃燒產(chǎn)物相混合，空氣與燃燒產(chǎn)物混合氣的總量將相應(yīng)地比理論上的結(jié)果多23倍。為了研究問題方便，在1的條件下，假設(shè)只發(fā)生完全燃燒反應(yīng)，則實(shí)際燃燒產(chǎn)物

12、中CO2、SO2和H2O的體積不變，N2的體積會(huì)增加，同時(shí)還存在一定體積的O2、產(chǎn)物的總體積相應(yīng)增加。有關(guān)計(jì)算公式如下： 對(duì)固體、液體可燃物 (1-26),第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(1-27) (1-28) 對(duì)氣體可燃物： (1-29) (1-30) (1-31) 考慮到空氣與燃燒產(chǎn)物混合氣的溫度將高于標(biāo)準(zhǔn)狀況下所采用溫度的34倍，而火災(zāi)區(qū)的壓力可能與標(biāo)準(zhǔn)狀況下的不同，燃燒產(chǎn)物的實(shí)際體積可用熱力學(xué)定律進(jìn)行計(jì)算： (1-32) 式中，P、T條件下的產(chǎn)物；P0、T0條件下的產(chǎn)物；P0、

13、T0標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度、壓力；P、T火災(zāi)區(qū)的溫度、壓力。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(二) 燃燒產(chǎn)物的百分組成 燃燒產(chǎn)物具有毒害作用，毒害程度主要取決其相對(duì)濃度，可用燃燒產(chǎn)物的百分組成來表示。 用YCO2、YSO2、YH2O、YN2、YO2分別表示燃燒產(chǎn)物中CO2、SO2、H2O、N2、O2的體積分?jǐn)?shù)，則有： (1-33) (1-34) (1-35) (1-36) (1-37),第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃

14、燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(三) 燃燒產(chǎn)物的密度計(jì)算 產(chǎn)物密度大，易聚集在低洼、地勢(shì)較低處；而產(chǎn)物密度小，易聚集在燃燒區(qū)域上部通風(fēng)不暢的地方。因此，密度是防火安全設(shè)計(jì)需要考慮的指標(biāo)之一。 1、固體、液體可燃物燃燒產(chǎn)物密度 計(jì)算固體、液體燃燒產(chǎn)物密度時(shí)，可采用以下兩種方法： (1) 通過燃燒產(chǎn)物中各百分組成計(jì)算 產(chǎn)物的密度（即1m3燃燒產(chǎn)物總質(zhì)量）為： (1-38) (2) 通過反應(yīng)物的質(zhì)量計(jì)算 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前的總質(zhì)量應(yīng)等于反應(yīng)后的總質(zhì)量。因此，可以用反應(yīng)物的總質(zhì)量除以燃燒產(chǎn)物的總體積而得到燃燒產(chǎn)物的密度：,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)

15、物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算,(1-39) 式中，A為可燃物中灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。因?yàn)榛曳植贿M(jìn)入氣體燃燒產(chǎn)物。所以1kg可燃物總質(zhì)量要減去灰分的質(zhì)量；1.293為空氣密度，kg/m3。 2、氣體可燃物燃燒產(chǎn)物密度 計(jì)算氣體可燃物燃燒產(chǎn)物的密度，也可以采用上述兩種方法。采用第一種方法的計(jì)算公式同式（1-38）；采用第二種方法的計(jì)算公式由1m3可燃?xì)獾目傎|(zhì)量加上空氣需要量除以1m3可燃?xì)馊紵龝r(shí)燃燒產(chǎn)物的總體積得到，即： (1-40),第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度*,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度

16、計(jì)算,(一) 燃燒熱 1、燃燒熱 如果體系發(fā)生反應(yīng)，參加反應(yīng)的各種物質(zhì)在化學(xué)組成發(fā)生變化的同時(shí)，伴隨著系統(tǒng)內(nèi)能量分配的變化。這種反應(yīng)前后能量的差值以熱的形式向環(huán)境散失或從環(huán)境中吸收，散失或吸收的熱量就是反應(yīng)熱。對(duì)于燃燒反應(yīng)，反應(yīng)熱等于燃燒熱。根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)理論，對(duì)于定溫恒壓過程，反應(yīng)熱等于系統(tǒng)的焓變，對(duì)于定溫定容過程，反應(yīng)熱等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化。 反應(yīng)熱的計(jì)算，可由蓋斯定律得，對(duì)于任一定溫恒壓反應(yīng)，反應(yīng)熱可計(jì)算為： (1-41) (1-42) 式中：溫度T條件標(biāo)準(zhǔn)恒壓反應(yīng)熱，kJ；參加反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)系數(shù)；反應(yīng)體系中化合物B標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，kJ/mol；體系中化合物B標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓，kJ/mol。,

17、第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,在溫度T的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)生成1mol相的化合物B的焓變，即化合物B（）在T溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，符號(hào)中的下標(biāo)f表示生成反應(yīng)，括號(hào)中的表示B的相態(tài)。的常用單位是Jmol-1或kJmol-1。表1-7列出了一些常用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。 表1-7 某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（25）,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,在溫度T的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由1mol相

18、的化合物B與氧進(jìn)行完全氧化反應(yīng)的焓變。為物質(zhì)B（）在T溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓，符號(hào)中的下標(biāo)c表示燃燒反應(yīng)，括號(hào)中的表示B的相態(tài)。的常用單位是Jmol-1或kJmol-1。表1-8列出了一些常用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱。 表1-8 某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱（25）,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,2、熱值 熱值是燃燒熱的另一種表示形式，在工程上常使用。所謂熱值是指單位質(zhì)量或單位體積的可燃物完全燃燒所放出的熱量，通常用Q來表示。對(duì)于固態(tài)和液態(tài)可燃物，表示為質(zhì)量熱值Qm，單位為kJ/kg；對(duì)于氣態(tài)可燃物

19、，表示為體積熱值，單位為kJ/m3。 燃燒熱和熱值的本質(zhì)是相同的，只是表示的單位不同而已。因此，它們之間可以互相轉(zhuǎn)換。 對(duì)于液態(tài)和固態(tài)可燃物，兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： (kJ/kg) (1-43) 對(duì)于氣態(tài)可燃物，兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： (kJ/m3) (1-44),第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,在化學(xué)熱力學(xué)中，燃燒熱是指可燃物發(fā)生完全燃燒反應(yīng)所放出的熱量，完全燃燒是指H變成了H2O（l），在實(shí)際火災(zāi)條件下，生成的H2O是以氣態(tài)存在的，實(shí)際燃燒熱要減少H2O由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變熱。因此熱

20、值就有了高低之分。 高熱值是指可燃物中的水和氫燃燒生成的水以液態(tài)存在時(shí)的熱值；低熱值是指可燃物的水和氫燃燒生成的水以氣態(tài)存在時(shí)的熱值。在火災(zāi)的燃燒中，常用低熱值。 利用化學(xué)熱力學(xué)提供的燃燒熱數(shù)據(jù)，利用式（1-43）、（1-44）可以很方便的求出相應(yīng)的質(zhì)量熱值和體積熱值。但對(duì)于很多固態(tài)和液態(tài)可燃物，如石油、煤炭、木材等，分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，摩爾質(zhì)量很難確定。因此，它們?nèi)紵懦龅臒崃恳话阒挥脽嶂当硎?，且通常用?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。最常用的門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式： （kJ/kg） （1-45） （kJ/kg） （1-46） 式中，C、H、S和W分別為可燃物中碳、氫、硫和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。O是可燃物中氧和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和。,

21、第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,在實(shí)際火災(zāi)中，除氫氣的熱值較高外，實(shí)際很少遇到低熱值小于12000kJ/kg和大于50000kJ/kg的可燃物質(zhì)。表1-9、1-10分別列出了某些可燃?xì)怏w和某些可燃固體、液體的燃燒熱值。 表1-9 某些可燃?xì)怏w的燃燒熱值,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,表1-10 某些可燃固體和液體的燃燒熱值 在火災(zāi)條件下，可燃材料完全燃燒所需要的空氣量通常并不能直接進(jìn)

22、入燃燒的化學(xué)反應(yīng)區(qū)。所以，火災(zāi)條件下的燃燒常常是不完全的。正因?yàn)槿绱?，火?zāi)時(shí)燃燒放出的熱量比表中的數(shù)據(jù)略低。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,(二) 釋熱速率 1、釋熱速率的計(jì)算 從上述燃燒速率的關(guān)系式分析可以看出，燃燒速率除了受外界火源或外加熱源的影響外，主要與固體材料的性質(zhì)有關(guān)。其中影響固體穩(wěn)定燃燒的最重要因素是燃燒的釋熱速率，它已成為了解火災(zāi)發(fā)展基本過程和危害的最重要參數(shù)之一。如果知道火災(zāi)中可燃物的重量燃燒速度，釋熱速率可由式（1-56）計(jì)算： （1-47） 式中，是固體釋熱速率，K

23、J/s；AF是燃燒表面積，m2；是放熱系數(shù)，一些可燃固體的值見表1-11。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,表1-11 一些可燃固體的放熱系數(shù),第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,假設(shè)可燃固體表面接收的凈熱通量為，則有： （1-48） 結(jié)合以上有關(guān)公式得： （1-49） 上式表明，固體燃燒釋熱速率與比值的關(guān)系十分密切。與或比較，能更好地反應(yīng)固體穩(wěn)定燃燒特性,表1-12列出一些固體材料的值。

24、,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,表1-12 一些固體材料的 HC/LV,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,值得注意的是是指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，可燃物質(zhì)完全燃燒所釋放的熱量，但在實(shí)際火災(zāi)中，可燃物大多不會(huì)發(fā)生完全燃燒，燃燒熱不符合火災(zāi)實(shí)際，且火災(zāi)中可燃物品的組成變化很大，熱值很不固定。因而應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識(shí)可燃物質(zhì)的火災(zāi)燃燒特性，實(shí)體試驗(yàn)是火災(zāi)研究中最主要也是最可靠的方法，但實(shí)體試驗(yàn)的花費(fèi)相當(dāng)大

25、，特別是火災(zāi)實(shí)驗(yàn)是破壞性實(shí)驗(yàn)，燃燒物品過火后基本上不能再使用。因此，利用較實(shí)物小多少倍的小型實(shí)驗(yàn)取得數(shù)據(jù)，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在良好相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)方法及儀器設(shè)備受到了人們的關(guān)注。 2、火災(zāi)中的熱釋放速率 熱釋放速率是表示火災(zāi)發(fā)展的一個(gè)主要參數(shù)。原則上講，如果知道火災(zāi)中可燃物的質(zhì)量燃燒速率就能按下式計(jì)算熱釋放速率： （1-50） 式中，可燃物的熱釋放速率，kJ/s；可燃物的質(zhì)量燃燒速率，kg/s；燃燒效率因子，反映不完全燃燒程度；可燃物的熱值，kJ/kg。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組

26、成和密度,但是僅靠計(jì)算確定火源的熱釋放速率是困難的,主要是該式右側(cè)的各項(xiàng)難以合理確定。首先在于火災(zāi)中的可燃物組分變化很大，熱值也不固定。其次在于直接使用物質(zhì)的燃燒熱不符合火災(zāi)實(shí)際，因?yàn)闊嶂凳窃撐镔|(zhì)完全燃燒放出的熱量，而在火災(zāi)燃燒中物品大都不會(huì)全部燒完。再次在于火災(zāi)燃燒通常是不完全的，隨著火災(zāi)場(chǎng)景不同，燃燒效率因子一般在0.30.9范圍內(nèi)變化。 很多人提出應(yīng)當(dāng)通過試驗(yàn)來認(rèn)識(shí)典型物品的火災(zāi)燃燒特征，并據(jù)此估計(jì)特定火災(zāi)中的熱釋放速率。現(xiàn)已發(fā)展多種測(cè)量釋熱速率的方法，目前已為ISO和ASTM定為標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定釋熱速率的錐形量熱儀法及美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)（OSU）的量熱計(jì)法。 (1) 錐形量熱儀法 錐形量熱儀

27、(CONE)是美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究(NIST)的Babrauskas于1982年提出的。它是以氧消耗原理為基礎(chǔ)的新一代聚合物材料燃燒測(cè)定儀，氧消耗原理是指每消耗1g的氧，材料在燃燒中所釋放出的熱量是13.1kJ(誤差為5%或更好)，且受燃料類型和是否發(fā)生完全燃燒影響很小。只要能精確地測(cè)定出材,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,材料在燃燒時(shí)消耗的氧量就可以獲得準(zhǔn)確的熱釋放速率。不同熱輻射強(qiáng)度下的熱釋放速率(HRR)是CONE給出的最重要的參數(shù)之一，同時(shí)還能給出其它許多參數(shù)。ISO5660-1及

28、ASTM-E1354規(guī)定的錐形量熱儀法是目前采用最廣泛的測(cè)定聚合物材料釋熱速率的方法。此法系將試樣置于加熱器下部點(diǎn)燃，因?yàn)榧訜崞鳛閳A錐型，故名錐形量熱儀。圖1-5是實(shí)驗(yàn)室小型錐形量熱儀的示意圖。 該儀器由兩部分組成，一是量熱計(jì)，用于測(cè)量釋熱速率、CO和CO2的生成速率和煙氣濃度；二是以錐形輻射加熱器為主的燃燒控制器，用于固定試樣和調(diào)節(jié)引燃條件。材料試樣的面積為100cm2，厚度可達(dá)50mm，其側(cè)面和底面用確定厚度的鋁箔包住并加上控制框格。然后將試樣放在耐熱纖維墊上。錐形輻射加熱器可對(duì)試樣施加10100kW/m2的輻射熱，基本覆蓋了從燃燒早期階段到燃燒充分發(fā)展階段的熱通量。隨著錐形輻射加熱器與試

29、樣表面距離變化，熱通量的數(shù)值有所變化，但在某一平面上的分布很均勻。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,1煙密度測(cè)量；2溫度、壓力測(cè)量；3Soot取樣；4排煙管；5集煙罩；6錐形加熱器； 7電火花發(fā)生器；8試件；9電子秤；10氣體取樣；11soot濾紙；12風(fēng)扇 圖1-5 錐形量熱儀示意圖 已有文獻(xiàn)匯集了由錐形量熱儀測(cè)得的很多材料的釋熱速度值。有關(guān)結(jié)果表明，許多材料的釋熱速率是不均勻的。常用平均值和峰值兩個(gè)參數(shù)來表示材料的釋熱速率特性。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃

30、燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,(2) OSU 量熱儀法 OSU量熱儀也是測(cè)定釋熱速度的典型設(shè)備。量熱儀的一般原理是：將試樣暴露于空氣流及外部輻射流下，當(dāng)試樣被點(diǎn)燃時(shí)，釋熱量隨時(shí)間改變。試樣背面系以水冷或隔熱，如以水冷卻時(shí)，可根據(jù)水流的溫升計(jì)算通過試樣背面的釋熱量。 ASTM E906規(guī)定采用OSU量熱儀測(cè)定塑料釋熱速度。此量熱儀的主要組成為絕熱外箱（0.89m0.46m0.20m）、點(diǎn)加熱輻射板（0.35m0.46m），輻射面積為（0.25m0.25m）及點(diǎn)火裝置（圖1-6）。 試驗(yàn)時(shí)，試樣（15cm15cm）垂直放置，與輻射板的距離可為00

31、.18m，最大熱流量可為100kW/m2，空氣由入口以恒定流速通過機(jī)箱。記錄空氣入口和出口溫度以及箱壁溫度（儀器則事先用已知的氣體火焰標(biāo)定），根據(jù)每單位暴露表面的能量計(jì)算釋熱速度。OSU量熱儀也可測(cè)定煙和有毒氣體（如CO、CO2、NOx、HCN及HBr）及氧耗量。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,1、試樣；2煙檢測(cè)器；3輻射板； 4空氣分布板；5火焰 圖1-6 OSC量熱儀 圖1-7 家具量熱儀示意圖,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要

32、的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,(3) 家具量熱儀及典型結(jié)果 使用錐形量熱儀只能測(cè)定一些小試樣，然而建筑物內(nèi)使用的物品基本上都是多種材料組成的，且具有較大的質(zhì)量和體積，其釋熱性能是錐形量熱儀無法反映的。于是在錐形量熱儀基礎(chǔ)上發(fā)展出了家具量熱儀，用其可測(cè)定家具等室內(nèi)物品和堆放的商品。圖1-7為家具量熱儀的示意圖。其測(cè)量原理仍是氧耗法，但由于燃燒物品的體積較大，試樣上方未設(shè)錐形輻射加熱器，而是加了普通鐵皮材料制成的集煙罩。 家具量熱儀測(cè)定的數(shù)據(jù)很接近實(shí)際火災(zāi)環(huán)境的結(jié)果，因此很有使用價(jià)值，現(xiàn)在已用這種儀器測(cè)得了不少數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可直接表示為釋熱速率隨時(shí)間變化的曲線，此外還有相當(dāng)多的

33、數(shù)據(jù)表示為釋熱速率平均值或峰值。許多研究者在測(cè)定與收集室內(nèi)物品的釋熱速率方面作了大量工作，在液體及熱塑料池、木垛、木板架、沙發(fā)、枕頭、床墊、衣柜、電視機(jī)、窗簾、電纜等方面得到的釋熱速率很受人們重視。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,(三) 燃燒溫度 放熱是燃燒反應(yīng)的主要特征。放出的熱量一部分用于加熱燃燒產(chǎn)物，使產(chǎn)物溫度升高。燃燒體系放熱量越大，燃燒產(chǎn)物溫度越高。熱量和溫度成正比關(guān)系，但其各自代表的物理意義有所不同。為定量?jī)烧咧g的關(guān)系，首先介紹比熱容的有關(guān)知識(shí)。 1、比熱容 摩爾比熱容是實(shí)

34、驗(yàn)測(cè)定的一種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它是指在1mol物質(zhì)在非體積功為零的條件下，僅因溫度升高1K所需要的熱。由于反應(yīng)條件的不同，摩爾比熱容可分為定壓摩爾比熱容和定容摩爾比熱容。定壓比熱容是指物質(zhì)恒壓條件下的摩爾比熱容，用Cp，m表示；定容摩爾比熱容是指物質(zhì)在恒容條件下的摩爾比熱容，用Cv，m表示。常用的單位有kJ/（kmolK）或kJ/（m3K）。 物質(zhì)在不同溫度下每升高一度所需的熱量是不相同的。因此，摩爾比熱容是溫度的函數(shù)。摩爾比熱容隨溫度的變化是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到多種形式的函數(shù)關(guān)系，最普遍形式是： （1-51） 式中，a，b和c都是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的特性常數(shù)，可從有關(guān)文獻(xiàn)查得。,第三節(jié) 火災(zāi)

35、燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,由于Cv，m與Cp，m間存在一定的關(guān)系，只要測(cè)得其中一種變化關(guān)系就可以推演出另一種變化關(guān)系。 對(duì)于氣體產(chǎn)物，假設(shè)其為理想氣體，有： （1-52） 對(duì)于固體和液體，因?yàn)樯郎貢r(shí)體積膨脹不大，有： （1-53） 氣體的恒壓比熱容與恒容比熱容之比稱為比熱容比，用K表示，即： （1-54） 不同物質(zhì)的比熱容比K值不同，空氣的比熱容比K1.4。 利用摩爾比熱容，可以很方便的計(jì)算出恒壓熱和恒容熱。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需

36、要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,假定1mol的物質(zhì)，在恒壓條件下由T1升高T2，定壓摩爾比熱容為Cp，mkJ/(kmolK)，所需的恒壓熱Qp為： （1-55） 如改變恒壓條件為恒容條件，定容摩爾比熱容為CV，mkJ/(kmolK)，所需的恒容熱Qv為： （1-56） 若定壓摩爾比熱容和定容摩爾比熱容的單位改變?yōu)閗J/（m3K），以上兩式相應(yīng)改變?yōu)椋?（1-57） （1-58） 式中，V是物質(zhì)的體積，m3。 用比熱容與溫度間的具體函數(shù)關(guān)系式計(jì)算恒壓熱和恒容熱雖然比較準(zhǔn)確，但計(jì)算過程比較復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算工程上常采用平均比熱容的概念。,第三節(jié) 火災(zāi)燃燒的有關(guān)計(jì)算,三、火災(zāi)燃燒熱、釋熱速率和燃燒溫度計(jì)算*,一、火災(zāi)燃燒所需要的空氣量計(jì)算,二、火災(zāi)燃燒產(chǎn)物的體積、組成和密度,平均摩爾比熱容是在恒壓或恒容條件下，1mol物質(zhì)從溫度T1升高到T2時(shí)平均每升高一度所需要的熱量，用 ， 或 ， 表示。平均摩爾比熱容與摩爾比熱容的關(guān)系為： 或 （1-59） 或 （1