自然对流下阴燃引发明火火灾的可燃物临界参数条件研究

我国每年都有很多由于阴燃而造成的重特大火灾案例，统计中吸烟（典型阴燃）引起的火灾起数每年都占到7％左右。阴燃火灾的形成就是源于阴燃向明火发生了转化。已有的阴燃研究中，通常都假定可燃物特性参数在阴燃中保持不变。而本项目重点关注可燃物特性参数的变化，认为在自然对流下，由于可燃物本身或因反应消耗而参数发生变化，会导致阴燃区中流动、扩散、传热和反应等过程发生变化，最终使阴燃向明火转化。本项目将展开的工作是，首先研究可燃物参数变化时，导致阴燃区中各参数相应变化的规律，以及导致明火形成时所具有的外在特征规律；其次研究阴燃区中流动、扩散、传热和反应过程耦合作用下气相反应的发生和所受影响；还要研究异相反应、气相反应的动力学机制，确定反应的进程与表达；最终建立数理模型，用可燃物阴燃区参数量来表达阴燃向明火转化的临界条件。本项目的实施将为可燃物的管理和阴燃火灾的防范提供科学的依据和指导。

阴燃易于发生在疏松多孔材料的内部。在前期，阴燃由于不易被觉察、能长时间维持传播而具有潜在危险性，后期一旦转化为明火就会酿成很大的火灾。在我国每年由于吸烟等阴燃而引起的火灾数量很多，是火灾统计中的主要原因之一。本项目围绕自然对流条件下阴燃向明火转化的发生条件展开研究。研究发现，材料密度大小对阴燃向明火转化具有一定影响，一定程度的密度增加使得材料阴燃产生更多的热量而有利于明火的产生；但当材料密度很大时，材料中的空隙会减少，新鲜空气难以进入而使明火难以产生。材料尺寸大小对阴燃向明火转化具有很大的影响。材料长、宽、厚三个方向的增加都易于使明火产生，实际上材料尺寸的增大就是扩大了阴燃反应区的大小，使得热量增加、传热加剧而有利于明火的发生。边界散热条件会明显地影响阴燃过程的温度和边界附近的燃烧反应。但由于明火总是最先产生于阴燃区域的内部，因此在阴燃能维持传播的情况下边界散热条件对明火的产生与否影响不大。材料不连续、有一定的分离是现实中常见的情形。这种情况使得材料内的传热被削弱而导致阴燃反应和传播明显变慢，从而阴燃向明火的转化难以发生。在自然对流情况下，通风面积的大小会影响进入阴燃区空气量的多少。在阴燃可以维持的情况下，通风面积的减小并不能限制阴燃向明火的转化，只是使阴燃传播速度变慢，向明火转化的时间滞后。当阴燃区内的氧气量逐渐积聚的情况下，明火就会产生，但在通风面积减小的情况下，氧气供应量不足会影响燃烧的完全程度，在阴燃中会有多次明火形成的现象。外部初始加热条件会影响明火出现的时间和位置。通过TG和DSC的热分析发现材料阴燃反应的温度区域主要为300~600℃，当阴燃传播中温度突然升高超高700℃则意味着发生了明火。