固液两相燃料条件下燃料间距离对轰燃的影响研究

肖富强

（中国人民武装警察部队学院研究生三队，河北　廊坊）

摘要：轰燃的基本特征是房间里所有可燃物表面发生燃烧，但前人为了简化模型大多在单一燃料条件下进行轰燃研究，研究结论虽具有时代性意义，但存在着场合限制。本文在固液两相燃料条件下对室内火灾进行实验模拟研究，探究了固液两相燃料条件下固液燃料间距离不同时轰燃的影响。实验结果表明：当固体燃料与液体燃料距离较大时，液体燃料被引燃发生时间较早，固体燃料被引燃发生时间较晚；当固体燃料与液体燃料距离较小时，液体燃料与固体燃料轰燃发生时间同步。本文的研究对火灾理论科学轰燃方面和固液两相燃料场所的防火技术有一定的借鉴意义。

关键词：轰燃室内火灾固液两相燃料；PMMA；燃料间距

1　引言

近年来，公民防火意识不断提升，我国防火技术不断创新，但特大火灾却仍层出不穷、欲禁不止，其导致的伤亡人数、直接经济损失以及影响也越来越大[1]。表1列出了国内近5年来具有代表性的室内火灾损失情况。

这些火灾都发生了轰燃现象。轰燃是室内火灾发生过程中的重要现象，轰燃的发生加速了火灾的发展，轰燃后大量的烟气又严重威胁到人员的安全。故了解轰燃及研究其规律是必要的，也是具有实际意义的。目前国内外学者研究轰燃大多都是把在一定火源功率条件下单一固态或液体可燃物被引燃确定轰燃的发生，从而提出轰燃的判据，这样虽然在一定程度上深入研究轰燃的相关特性，但适用场合存在着限制，提出的轰燃判据也存在着前提条件[2～8]。目前没有学者研究固、液两相可燃物条件下的室内火灾轰燃，并提出系统性的理论成果。

2　实验原理及实验方法的选定

2.1　实验装置

所使用的实验台是1/4尺寸ISO 9705标准实验房间大小的室内火灾模拟实验装置。该实验装置主要包含有小尺寸室内火灾模拟实验箱、火灾数据采集系统等。

实验测量参数主要为：烟气温度、热辐射通量、固体可燃物表面温度、液体可燃物表面温度、烟气成分及浓度。

2.2　实验步骤

（1）设计实验方案，并按照设计方案中的内容选选定火源种类与规格、固液可燃材料种类和通风因子开口大小、内衬材料种类。

（2）如图1所示，按设计要求布置实验，搭建石膏板作为内衬材料，放置火源和固液可燃材料。

（3）调节实验台开口大小，调整箱内热电偶的位置，使其处于开口上沿的正中间。

（4）用点火器点火并计时，同时火灾数据检测系统开始采集数据。

3　实验结果与分析

本文选择室内所有可燃物被引燃且有喷出火焰作为是否发生轰燃的标准，得到实验现象如表2。

3.1　固液燃料间距离对轰燃时烟气层温度的影响

图2是工况1-1到1-6中，这6组工况为火源尺寸为30cm×30cm，通风因子为0.1012m5/2时，液体固体燃料被引燃时的烟气层平均温度散点图。

由图2可以看出，当固体燃料间距为10cm、20cm时，液体可燃物的被引燃时烟气层温度在450℃左右，固体可燃物被引燃时烟气层平均温度在700℃左右，但当固体液体可燃材料距离为0时，固液可燃物会发生同步轰燃，轰燃时烟气层温度位于450～700℃之间，为550℃左右。

图3说明的是火源尺寸为40cm×40cm，通风因子为0.492m5/2时三种工况下固液可燃材料被引燃时烟气层平均温度曲线。由图可以看出当距离为0、10cm时，固体与液体可燃材料发生同步轰燃，其轰燃时烟气层温度为700℃左右，而当距离为20cm时，液体可燃物被引燃时烟气层平均温度为500℃左右，固体可燃物没有被引燃。

图4说明的是火源尺寸为40cm×40cm，通风因子为0.1012m5/2时工况3-1、3-2、3-3下固液燃料被引燃的烟气层平均温度曲线。由图可以看出当距离为0、10cm时，固体与液体可燃材料发生同步轰燃，其轰燃时烟气层温度为625℃左右，而当距离为20cm时，液体可燃物被引燃时烟气层平均温度为550℃左右，固体可燃物引燃时750℃左右。

通过对图2～图4，可得以下结论：当固液体燃料间距较小时，液体可燃物的被引燃时烟气层温度在450℃左右，固体可燃物被引燃时烟气层平均温度在700℃左右，但当固体液体可燃材料距离较小时，固液可燃物会发生同步轰燃，轰燃时烟气层温度位于450℃与700℃之间，为500～650℃之间。

这是因为固液可燃物被引燃的本质都是燃料上方的可燃蒸气在燃烧，当其距离较近时，其可燃蒸气会混合，导致液体被引燃所需的烟气层温度升高，固体可燃材料被引燃的烟气层温度降低，终形成同步轰燃[9]。

3.2　固液燃料间距离对轰燃时辐射热通量的影响

图5是典型工况下固液燃料被引燃时地面热辐射通量曲线。对图5（a）工况1-1到1-3进行分析，当燃料间距离为0cm时，固液可燃物被引燃时的地面辐射热通量为25kW/m2；当燃料间距离为10cm和20cm时，液体可燃物被引燃时的地面辐射热通量为20kW/m2，固体可燃物被引燃时的地面辐射热通量为40kW/m2。

通过分析可以得到结论：当燃料间距离较大时，液体可燃物被引燃时的地面辐射热通量为20kW/m2，固体可燃物被引燃时的地面辐射热通量为40kW/m2。当燃料间距离较小时，固液可燃物会发生同步轰燃，此时固液可燃物被引燃时的辐射热通量位于液体可燃物被引燃时的地面辐射热通量与固体可燃物被引燃时的地面辐射热通量之间。

3.3　固液燃料间距离对轰燃发生时间的影响

表3中给出的是火源尺寸为30cm×30cm和40cm×40cm，开口大小为40cm×40cm，燃料与火源间距离为10cm，燃料间距离分别为0cm、10cm、20cm的工况。由表3可以看出，工况1-1中，当固液燃料间间距为0cm时，液体燃料与固体燃料同时被引燃；而工况1-2、1-3中，当固液燃料间间距为10cm、20cm时，液体燃料先被引燃，固体燃料后被引燃。工况3-1，3-1中，当固液燃料间间距为0、10cm时，液体燃料与固体燃料同时被引燃；而工况3-3中，当固液燃料间间距为20cm时，液体燃料先被引燃，固体燃料后被引燃。

得出结论，当固体燃料与液体燃料距离较大时，液体燃料被引燃发生时间较早，固体燃料被引燃发生时间较晚；当固体燃料与液体燃料距离较小时，液体燃料与固体燃料轰燃发生时间同步。

4　结论

本文主要研究了固液两相燃料条件下不同燃料距离对轰燃的影响。得到结论如下。

（1）当固体燃料与液体燃料距离较大时，液体燃料先被引燃发生，固体燃料后被引燃或不能被引燃；当固体燃料与液体燃料距离较小时，液体燃料与固体燃料同步轰燃。

（2）燃料间距离较大时，液体燃料被引燃时烟气层温度为450℃左右，固体燃料被引燃时烟气层温度为700℃左右。当固体燃料与液体燃料距离较小时，液体燃料与固体燃料发生同步轰燃，且烟气层温度介于500～650℃之间。

参考文献

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