让我们来了解热与消防

2020-10-12 15:47:49 keyman 1

 传热的基本途径是热传导、热对流和热辐射。传热和对流都需要一种中间介质,而热辐射则不需要。热从火焰传到可燃物上,会引起可燃物的裂解、碳化或燃烧。热传递的驱动力是能量差(温差),也就是说,热总是从高温传给低温的物体。

第一,热传导。

导热是指通过接触方式传热,大量的分子、原子或电子相互碰撞,使能量从物体温度较高的部位向温度较低的部位传递的过程。

一段铜管子、钢管同时加热,经过7分钟,铜管子左边的温度上升到96℃,右边的温度上升到30.6℃,主要原因是两种材料的热传导率不同。热传导率是衡量物质热传导能力的指标,也叫热传导率。

举例来说,铜的导热率为387W/mK,钢为45.8W/mK,而聚氨酯泡沫的导热率为0.034W/mK(通常在冷冻仓库使用)。

其中,铜是最佳的热传导体,而聚氨酯泡沫则是热传导性最差的热传导体,同时也是绝缘体。

第二,传热通量。

热通量可以用单位时间内传热的速率来表示,热通量又称热流。

通过热传导体流动的热通量(热能/单位面积)取决于下列因素:

温度差:随着温度差的增大,导热率增大(高热流量)

导热距离:导热距离越短,导热速率/单位面积(热流密度)越大,导热速率/单位面积(热流密度)越小;

导热系数:材料的导热系数越高,导热系数越大,单位面积的导热系数越高;

火灾中,我们通常通过门把手判断室内温度(推荐热成像),这主要是因为门把手一般都是铜制的,而且热传导率很高。

3.热对流

热传导是在流体流动过程中发生的一种热传导现象。烟气(热对流)能将热量向各个方向输送,是早期室内火灾中主要的传热方式。

举例来说,供水加热,先加热靠近底部的水,然后由加热的液体上升,由冷却的水下沉代替。

火场产生的热气及其通过的气面将产生对流传热,对流速度越快,对流传热速率越大。

对流传热的形式主要有自然对流和强制对流两种。

天然对流时,气体在物质上的流速是由气面与气体间的温差所产生的浮力所致。

这是一种自然对流,可以看出烟气热对流对泡沫的影响。

强制对流就是将气体流速施加于物料上(例如对流炉内的外部风、送风机)。强对流是引起风驱火灾的重要因素。对于风驱火,详细说明:风驱火,对消防队员的威胁究竟有多大?

一般来说,火场中通风孔的面积越大,热对流越快;通风孔所在位置越高,热对流越快。意大利SAFCO(萨福克)避火服、隔热服专门用于穿越火场使用,高对流,高辐射热情况下,推荐使用。

4.热辐射

由于物体本身的温度,辐射能量的现象叫做热辐射,因此当我们接近火源时,我们就会感到热量。

辐射热的传递不需要介质,比如固体,液体和气体,它们都能散热。

热能从燃烧区域和烟火羽流中散发到各个方向(高于环境温度)。

火羽流热和上部热烟气热量的叠加是引起室内火灾轰燃的主要原因之一,而轰燃又是引起室内其它可燃物快速燃烧的主要原因。

主要由以下几个因素决定:

a)火的温度。

二、火的尺寸。

三、与火的距离。

(4)相对于火的方向。

目标辐射的热能随着绝对温度的四次方而增大。温度高则辐射热更大。木头的平均燃烧温度为:504℃(777K),而镁的平均燃烧温度为:3100℃(3373K)。

相同尺寸的火苗,镁燃烧释放的热量比木材多355倍。

辐射热随表面积增大而增大。

目标辐射热正比于目标表面积的增加。

在距离增加一倍的情况下,接收到的辐射热增加了1/4。在3倍于此距离的情况下,收到的辐射热会增加1/9。因此,在我们接近辐射源时,接收到的辐射热会迅速增加。依次将距离缩短到三分之一,然后它将接收到原来9倍的辐射热。

同时,物体接收到的辐射热与辐射源的相对方向也有关。

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下面要介绍的辐射热通量,即单位面积所接收到的辐射热。

第五,辐射热流量。

辐射量是指一个单位面积所吸收的辐射热能,它受到以下因素的影响:

辐射源和被辐射物体之间的温差增大——热通量增大。

(2)随着辐射源的尺寸增大,辐射热也会增加,而且热通量也会增加。

(3)接近辐射源时,受热辐射物体的热通量增加。

再看导致物质反应的辐射热通量的大约。

如图所示,当温度达到引起轰燃的临界点时,产生的热通量约为引燃点火所需的10倍,被测得约为170kW/m2。

在室内火灾中,天花板烟气的高温辐射热流是决定火灾发展的一个重要因素,在判断火灾是否及何时轰燃并转化为完全燃烧时起着重要作用。

热烟气在不同温度下的热通量不同。

烟的温度越高,火灾过程中室内积存的热量就越多。

实际上,可燃物装载的热通量还取决于我们前面所说的,包括距离和相对方向。

三种传热方式共同作用于火场,并贯穿于火灾发展的全过程。


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