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1、第23卷第4期爆炸与冲击Vol.23,No.42003年7月EXPLOSIONANDSHOCKWAVESJul.,2003文章编号:100121455(2003)0420368207室内轰燃预测方法研究X12陈爱平,乔纳森#弗朗西斯(1.中国人民武装警察部队学院消防工程系,河北廊坊065000;2.英国中部兰开夏大学建筑环境系,普雷斯顿PR12HE英国)摘要:回顾总结了目前常用的室内轰燃预测方法;提出了一种预测轰燃的新方法轰燃综合预测法,对这一方法的有效性进行了试验验证。结果表明:由于室内火灾受建筑材料热惯性、开口通风因子、燃料释热速率和房间内部尺寸等多种因素影响,传统轰燃预测方法存在多
2、方面的局限性,而轰燃综合预测法预测的结果与试验结果比较吻合。关键词:燃烧学;轰燃综合预测法;线性回归;轰燃;室内火灾中图分类号:O38;TK121国标学科代码:620#3010文献标志码:A1引言近年来,群死群伤的恶性火灾事故在我国时有发生,例如唐山林西商场火灾、阜新艺苑歌舞厅火灾、克拉玛依友谊宾馆火灾、洛阳东都火灾等。轰燃是造成这些火灾后果如此严重的重要原因之一。室内轰燃是室内火灾发展到一定阶段时出现的一种类似于爆燃且危害性极大的特殊现象。轰燃发生后,室内所有可燃物会在极短时间内全面着火,燃烧速率和温度急剧上升。在这种情况下,火场人员逃生和消防队员救火难度极大。因此,防止轰燃发生,研究
3、其发生条件、控制因素,掌握其预测方法,就显得十分重要和必要。发达国家从20世纪70年代就开始研究轰燃预测的问题,但迄今仍没有找到准确性高、实用性强的方法。中国在这方面的研究刚刚起步。本文旨在这方面作些努力。2预测轰燃的常用方法目前主要有三种轰燃判据:(1)顶板附近热烟气温度超过600bC;(2)地板表面辐射热通量超过220kW/m;(3)通风口有火焰喷出。尽管这些判据源于实际观察结果,但均不能用于预测轰燃,而且不[1]同研究者提出了不同的温度和热通量判据。有些研究者建议采用轰燃所需最小释热速率预测轰燃,并提出了不同的计算最小轰燃释热速率的[2][3][4]经验公式。例如,V.Babrau
4、skas、B.J.McCaffrey等和P.H.Thomas分别提出#3/2Qmin=750W0H0(1)#3/21/2Qmin=610(hkATW0H0)(2)#3/2Qmin=7.8AT+378W0H0(3)#式中:Qmin为最小轰燃释热速率,kJ/s;W0和H0分别为通风口宽度和高度,m;hk为热烟气层向内墙的22有效传热系数,kJ/(m#s#K);AT为房间内表面总面积,m。式(1)、(2)为半经验公式,系数中含相关量纲;式(3)为经验公式。用公式(1)~(3)预测结果的一致3/2-1/22性应该较好。因为根据文献[3],AT/(W0H0)和hk的平均值分别约45m和0.03kJ
5、/(m#s#K),X收稿日期:2002208221;修回日期:2002211223作者简介:陈爱平(1964)),男,硕士,副教授。第4期陈爱平等:室内轰燃预测方法研究369因此公式(2)和(3)可分别表达为#3/2Qmin=710W0H0(4)#3/2Qmin=730W0H0(5)公式(1)中的750与公式(4)中的710、公式(5)中的730差别不是很大。[5]有人建议采用临界轰燃燃烧速率预测轰燃。例如,对于木材,B.Hagglund等提出如下临界轰燃燃烧速率与通风因子关系的经验公式#3/2表1有机玻璃的临界轰燃燃料面积mv,crit=0.05+0.033W0H0(6)#Table1
6、Criticalfuelareasenabling式中:mv,crit为临界轰燃燃烧速率,kg/s。flashoverforPMMA还有人建议采用临界轰燃燃料面积预测轰燃。3/25/22来源W0H0/mAF,crit/m对于有机玻璃,根据小规模室内火灾试验,P.G.0.01260.0095[6][7]Holborn等、J.G.Quintiere等和T.M.Yau文献[6]0.02530.0160[8]等得出了不同通风因子下的临界轰燃燃料面积0.03790.0220AF,crit,如表1所示。0.00820.0089显然,临界轰燃燃料面积也与通风因子有线性0.01230.0108文献[7]
7、关系。根据表1数据回归得到0.01970.01283/20.03040.0169AF,crit=0.004+0.46W0H0(7)用公式(1)~(7)预测轰燃比较简单,但准确性0.00160.0025比较差。因为这些方法只体现了两个影响室内火文献[8]0.00820.0100灾特性的因素:通风因子和燃烧速率(或燃料面0.01600.0117积)。[9]根据经典热爆炸和非线性热动力学理论,S.R.Bishop等建议利用下式表达的温度微
