限制对封闭隔室火灾发展效果的实验研究

摘要

回风是一种复杂的现象，发生在封闭火灾的情况下。它出现在一个快速爆燃发生后，将氧气引入充满了热气体，富含未燃烧的可燃蒸气。实际上，这种情况可能发生在消防员破门而入或窗户在热应力作用下破裂时。本文在较强的实验基础上，对封闭对完全封闭火灾的影响进行了定量研究。为此，在尺寸为1.20 m × 1.20 m × 1.02 m的完全封闭房间中，对5个不同热释放速率的火源进行了火灾试验。并在自由空气中对相同的火源进行了测试，以获得参考数据。对数据进行统计研究后，对两种结果进行了比较分析。其结果是围封对燃烧质量和火灾持续时间有重大影响。更准确地说，与在自由空气中进行的火灾试验相比，密闭使火灾持续时间增加了14.85%，而热释放率降低了21.72%。

1.介绍

消防员遇到的大多数火灾发生在建筑物中，或者以更普遍的方式，发生在封闭或轻度开放的体量中。在火灾事故的识别和扑灭操作过程中，发生了一些事故，因此必须适应干预知识和技术。因此，这些火灾，有时最初的宽度很弱，可以迅速发展，产生大量的烟雾，并在热的作用下，通过热分解体积中所含的物质，使燃料气体蒸馏。在这一阶段，通风条件是决定火灾演变为危险和消防员非常可怕的现象的关键[1- - - - - -5]。这些现象可以是背扩，这是在火体积中积聚的未燃烧气体的自发爆炸;也就是说，闪络是在部分打开的体积中存在的所有可燃材料的广义点火。实际上，根据文献，内部介质的火灾是关于双重实验和数值水平的几项研究的主题[6- - - - - -22.]。

从初始化阶段开始到灭绝阶段，作者对受限火灾的作品表明，几个参数显着影响其行为，这可能导致建筑物现象发生的行为。Fleischmann等人。[23.]表明，未燃烧气体的体积必须至少等于舱室体积的15%，这样才会发生回风。Gottuk等人[24.]在他们的工作中表明，当可燃物蒸气的临界质量分数达到0.16时，带有火的舱室的气氛就会变质并随时准备爆炸。在实验领域以甲烷为燃料火源，翁、范[25.]发现未燃烧气体的临界质量分数为9.8%。Guigay等人[26.在可能的动作中进行了实验，该试验能够防止建筑物的发生，这表明显示出在火中的外壳中的气体冷却会降低热气体和冷却气体之间的密度差异。因此，在新鲜空气的突然贡献，这将降低热气体松弛的影响。Pérez等。[27.]评估障碍对后果前提条件的进入草案的影响。它表明，在有火的隔室中存在障碍物影响重力电流的速度和新鲜气体和灭吸气体之间的混合水平。Wu等人。[28.[]研究了开口尺寸的变化对舱内热气体的影响，得出的结论是通风是决定这种现象发生的关键参数。最近，Vondou等人[29.]表明，开口的布置方式对室内火灾有影响;特别是关于产生鬼影火焰的问题。

一般来说，在封闭的环境中发生火灾时，回风的发生与以下几个因素有关，如火灾释放的未燃气体的质量分数、箱体内热气的温度、火灾上的房间尺寸、燃烧燃料的特性、以及舱内重力流的速度。以实验测量为重点，本文的目的是量化限制对内部介质中火的行为的影响，与外部介质或自由介质中的火相比。

2.实验领域

研究范围包括一个尺寸为1.20 m × 1.20 m × 1.02 m的缩小隔间，在那里进行了封闭环境中的火灾测试。在点燃火源后，通过关闭上述区域的所有开口获得封闭介质。测量材料由一个名为Agilent 34980A的自动数据采集系统组成，该系统上连接有n型热电偶，热源由煤气油保证。热电偶的配置和数据的保护采用便携式计算机。电板加热功率为1000w，可以对燃料进行预热，使其初始温度达到平均60°C。在真正发生火灾时，某些内部或外部因素可能会改变火灾方案;直接影响其行为的是火源的热释放速率。为了在本研究的框架内考虑这种可能的变化，我们设计了六个圆柱形的灶台h= 50毫米和不同的直径D以实验体为火源。表格1给出用于实验活动的每个火源的直径。

２．１．自由和受限试验装置

自由火是在自由气氛中进行的火的测试，也就是说，没有任何边界可以影响火的发展。后者随后自然地由周围的空气供给。为了能够进行这样的火灾，测试是在一个足够大的房间里进行的，这样外部风就不会干扰火焰的发展。通过轮流使用六个火源，该测试包括在室内点燃该火源，并让其在自由空气中自由燃烧，直到最初引入炉膛的燃料耗尽。这个动作的时间设定为火熄灭前所花的时间。每5秒后，使用热电偶THF插入火焰的持续区域，测量每个测试的火焰温度(图1）.限制火灾是在完全封闭的外壳中发展的火灾。内部无论气空气和外部新鲜空气之间没有通信。火力只能使用内部空气中包含的氧气，直到缺乏。该设备包括重复同一方案，就像在自由气氛中的测试一样，但在完全关闭的体积中。探针热电偶THF略微放置在炉子上方，以测量火焰心脏的温度（图2）.

2．2．过程的实验

无论在何种环境下进行测试，每个测试的启动都是根据定义良好的过程进行的。第一阶段包括安装实验装置和测量初始燃料量。然后对这种燃料进行预热，使其达到60°C的平均温度。一旦火焰设置好，每5秒就会自动测量一次温度。因此，每个测试重复四次，只表示平均值。测试的可重复性是通过统计测试来检查的[30.]。

2．3．燃料质量损失率

火的掌握一般分为三个阶段，即生长期、发展期和衰退期。除了最长的火灾事故外，最重要的阶段是全面开发阶段。在这一阶段，火达到稳定状态;也就是说，目前所有涉及到的规模都在不断发展。质量损失率代表单位时间内燃料的平均燃烧量，由火源的表面积确定以及燃料的消耗速度如下关系所示[31.]： 与 在哪里是火源的直径;是火在熄灭前的持续时间(生长和完全发育阶段的时间);和整个质量真的在火灾中燃烧了吗?火源的放热率是根据以下关系式计算的[32.]：

这个词是由火源输送的对流热的分数。估计为0.70;为燃烧效率，估计柴油为0.82;和是指1公斤燃料在氧气过剩的情况下燃烧所释放的有效热量，而所释放的水蒸气或柴油燃料所含的热量没有得到回收。平均价值42.2 MJ/kg [31.]。

3.实验结果

3．1．自由空气中燃烧试验结果

3．1．1．免费测试的物理描述

进行自由试验的目的是建立一个参照行为框架，以便与受限环境的行为进行比较。表格2给出初始体积每个炉膛里的燃料和平均燃烧时间一样。可以注意到，对于每个使用的灶台，无论燃料的初始量是多少，最终体积等于零。也就是说，燃料全部燃烧了。这是由于火是在一个自由的气氛中进行的事实;因此，有新鲜空气的永久可用性，这使它有可能连续地向火源提供氧气所含的环境空气。因此，只要还有燃料，燃烧反应就会继续进行。燃料一用完，火焰就会熄灭。

数据3(一个)- - - - - -3 (c)呈现捕获的图像的火焰在免费测试与来源1,3，和5。从视觉角度可以看出，光源越大(尤其是直径)，火焰就越不稳定，因此就越狂暴。炉缸的直径越大，燃料消耗越快，导致火焰迅速熄灭。这个直径越大，火焰就越高水平，从而发出高辐射。

由于研究纯粹是实验性的并且每次测试重复四次，数字4和5给出用源1和源6进行的燃烧试验中火焰持续区域的温度随时间的变化曲线。在这些图中，说明了四次重复的曲线及其各自的平均值。对这些曲线统计的计算，使它们可以与表值(表3.）.这表明所有计算值都低于表值。因此，各种重复的差异是均匀的数学示范。这意味着消防试验重复，置信度为95％。

3．1．2．免费测试的主要特点

火焰温度是表征火焰宏观特性的主要参数之一以及燃料的质量损失率因此，这对持续时间有直接影响和火的热释放率HRR。表格4给出了在每个火源之后获得的主要结果。

数字6给出了火灾持续时间和燃料质量损失率随火源直径的变化规律。从图中可以看出，随着火源直径的增加，火灾持续时间呈指数递减趋势。这种减少是由于燃烧的燃料的介质流量随着炉膛直径特别是火源表面的增大而增加。火焰产生的热能曲线图(图7)随燃料质量损失率呈线性变化，火焰温度保持在平均550℃左右，当质量损失率小于0.03 g/s时，火焰温度降至450℃。

3．2.密闭房间防火测试结果

3.2.1之上。封闭试验的物理描述

采用与以前相同的火源进行了密闭试验。在实验区域完全封闭的情况下，可以通过设置在火源上方的探头THF来控制火源的演化。数据8和9从而表征了受限试验1和6的火焰温度的时间分布。值得注意的是，试验围绕着一条平均曲线振荡，这条曲线也表现出火灾演化的三个阶段，即生长、全面发展和下降。

相反，在开放介质中的灭火通常是由于燃料的耗尽而导致的燃料的阶段，因此缺乏氧气的燃烧元件缺乏抑制介质中的火灾灭火。Cochran对所获得的数据的应用表明，狭窄测试之间的可重复性具有95％的置信度。如表所示5，各试验计算值均低于表值。

3.2.2。封闭试验的主要特性

一旦进行了密闭火灾试验，计算平均值可以获得表6，其特性与在外部介质中进行测试时相同。火灾持续时间和燃料质量损失率图表突出显示了与在开放环境下进行的试验相似的变化情况(图10）.如图所示11，火源产生的热释放率的变化也与燃料流量保持线性关系，而温度保持恒定，平均值为450°C。当燃料质量损失率小于0.03 g/s时，其平均温度为550°C。

4.讨论的结果

两种试验的对抗使我们有可能提出限制对室内火灾的影响程度。数据12.- - - - - -14.强调限制对燃料的质量损失率、持续时间和火的热释放率的影响。尽管采取了类似的形式，但与自由试验的曲线相比，受限试验的曲线仍有显著的变化。

绘制与自由试验值相关的封闭试验值，可以量化封闭试验的影响百分比。因此，通过第一个平分线的曲线假定零效应的百分比影响。一个参数相对于这条数据线的偏移角的外推可以量化限制对该参数的影响程度。向第一个平分线的右侧移动表示效果增加，而向左侧移动表示效果减少。数据15.- - - - - -17.表示燃料质量损失率的移位角、持续时间和火灾的热释放率。通过确定这些位移角的值，可以量化方向(增加或减少)和封闭对完全封闭的实验室内进行的火灾试验的影响程度(表1)7）.

因此，根据本研究框架内得到的结果，考虑火在开放介质中演化，发展出热释放速率HRR，并花费一定时间消耗一定量的燃料有质量损失率 ；如果在封闭的环境中产生同样的火，就会产生热动力HRR”这需要时间消耗一定量的燃料质量损失率为(表8）.

5.结论

本文的目的是研究密闭条件对室内火灾行为的影响。在一个有限的区域内进行了最初在自由气氛中产生的各种热释放速率的火灾试验。对每5秒后进行的测量进行分析，可以在开放介质中比较地显示，防火使燃料的平均消耗速度降低到21.72%，从而降低了火源的热释放率。火焰的持续时间将增加14.85%。从这些密闭房间的结果，可以预测在密闭火灾中可能发生的回风的最终时刻。

缩写

：	自由试验燃油质量损失率(g/s)
：	自由试验中的初始燃料量（ml）
：	自由试验中着火时间(分钟)
嗯：	自由试验放热率(W)
：	狭窄试验中的燃料质量损失率（g / s）
：	封闭试验初始燃料量(ml)
：	受限试验着火持续时间(分钟)
：	约束试验放热率(W)
D：	火源直径(mm)
：	火焰温度（°C）
：	燃料密度(·)
：	火源面积(m2）
：	燃料蒸汽速度(m/s)
：	对流热的比例(。)
：	有效燃烧热(MJ/kg)
：	燃烧效率(·)。

数据可用性

没有数据支持这项研究。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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