热辐射造成的火灾在建筑物间的蔓延培训讲学.ppt

第八节热辐射造成的火灾在建筑物间的蔓延火灾能否在建筑物间蔓延与起火建筑通过窗口向外的辐射热量有很大关系。木屋燃烧过程产生的热量等于已烧掉可燃物质量与木材低热值的乘积，烧掉可燃物质量等于可燃物总质量与火灾熄灭后残渣质量之差。为便于比较，通常采用单位面积释放的热量来表示木屋燃烧过程产生热量的多少。木屋单位面积释放的热量约为340~500kcal/m2。需要指出的是，在起火燃烧的过程中始终存在热辐射，且燃烧越猛烈，热辐射越强。
在起火建筑物对面设置竖向墙板可测得通过窗口向外的热辐射强度。经计算，测得的总辐射热量大约仅占燃烧总热量的2.9~3.7%；砖混结构建筑起火，由窗口向外辐射的热量，远小于木屋火灾，大约为总发热量的1.8%左右。木材表面受辐射热作用，温度逐渐升高，直到发火自燃。
(一)木材受辐射热作用起火的经过
实验发现，当建筑物起火之后，其对面带屋檐的木墙板接受到辐射热，表面放出白烟，从木墙板的屋檐下呈旋涡状流出。随木墙板接受的热量增多，热解产生的烟气量逐渐增多。大部分热量被试件的上部接受，随后在某一位置出现一些受辐射热最大的点，称为M点。此后，白烟减少（可能是水分蒸发完了），炭化加快，发出劈啪的爆裂声。当M点的温度超过200oC以后，板上出现赤热点，并迅速进入无焰燃烧，且无焰燃烧多数先在木节的周围及板的锯口等处发生。
在无焰燃烧的情况下，若用明火（如用烧着的引火纸），只要接触0.3~0.5s，墙板便可被点燃。如果无明火，无焰燃烧仍将继续下去，不会很快发火，燃烧面积在表面逐渐扩大，且向纵深发展致使木板内部也呈无焰燃烧状态。当表面的温度达到400~500oC时，即使没有明火引燃，试件也可起火自燃。试件一旦起火燃烧，整个墙面在1~3s内将完全起火燃烧，并导致内部也发生燃烧。实验发现，同一辐射强度下，木材新旧程度对起火时间有很大影响。旧木材比新木材更易起火。旧木材到达无焰燃烧温度时间仅为同类型新木材1/2~1/3，而旧木材无焰燃烧温度比新木材约低20oC。

图4-35不同辐射强度下木材表面温升与时间
(三)点燃材料的临界辐射强度
当材料接受辐射后，其表面温度升高，同时热量也将以热传导的形式由表面向内部传导。辐射强度越高，材料升温速度和材料起火速度越快。木材点燃时间和热辐射强度的关系曲线如图4-36所示。

图4-36木材点燃时间与热辐射强度关系曲线
实验所用惰性材料纤维板表面起火的自燃温度是525oC，表面的点燃温度是350oC。当辐射强度确定之后，就可估计表面温度升到燃点所需要的时间。显然表面温度是热辐射强度、照射时间、材料表面热量损失以及材料热性能参数的函数。
当辐射热低于某一入射强度，材料表面温度则不可能达到燃点，因而不可能被点燃。在一定条件下，若某种材料经某一热辐射强度照射无限长时间后刚好能被点燃，这一热辐射强度值就定义为此材料在此条件下的临界辐射强度。临界辐射强度可根据实测若干辐射强度下的点燃时间，通过作图求得。实际上，点燃材料所需的最小强度总是稍高于临界强度，原因在于材料热解可燃气的释放是不连续的。常见材料的临界辐射强度如表4-7所列。
表4-7常见材料的临界辐射强度根据斯蒂芬—波尔兹曼定律，绝对温度为T的物体单位时间发射的能量为：
(4-80)
式中，ε为辐射率，起火建筑物可接近黑体，计算过程中可视为常数；F为发射表面积。
从辐射体表面微元dF1到被辐射物体表面微元dF2的热通量为：
(4-81)

式中，r为dF1和dF2的间距；β1和β2为射线与微元面法线的夹角。
若发射面为垂直的矩形平面，将上式对F1上积分，则求得dF2接受的发射表面F1的热通量。

(4-82)
式中，

上式中x、y、z为坐标；α、β、γ为被辐射微元法线与x、y、z坐标轴间的夹角。
式（4-82）也可以写成：
(4-83)或
(4-84)

式中，φ就是相对位置系数；Q12/dF2是受辐射体接受的辐射强度；σT4是从辐射物体表面发射出来的辐射强度。由此可见，相对位置系数是接受体获得热辐射强度和发射表面发射强度之比。因此，如果起火建筑物的辐射强度和被照射建筑物允许最大的辐射强度，就可依据上式求出最大的允许相对位置系数。
通常的热辐射总是由建筑物的窗口射出来，故而被照射体接收到的辐射强度也随建筑物窗口面积而变化。窗口面积的辐射强度通常用起火建筑物发出的热通量乘以系数P的形式来表示。而系数P，等于窗口面积与建筑物相对立面面积之比。这样，被照射物体获得的热通量可写成：

(4-85)

相对位置系数的近似公式推导如下：当被照射物体的单元dF2平行于发射面，且位于发射面中心线上时，依据以上公式，微元面dF2获得的热通量Q12可简化为：

(4-86)
式中，h为辐射平面高度；b为辐射平面宽度；d为受辐