第七章
点1和点2处的流动状况可用柏努利方程关联起来，即
2v12P2v2??? (7—4)
?12?22P1式中v1和v2分别为点1和点2处的纯水平流速。但由于室内混合物处于高度湍流状况，因而可认为v1=1，即室内没有纯的定向流动。于是上式可写为
P0??1gy1?1?P0??0gy1?22v2? (7—5) 2若假设从点2流出的气体的温度与点1处的相同(也就是两点处的气体密度相同)，整理上式可得 v2?(2(?0??1)gy1?1)12 (7— 6)
对于流入的空气也可作类似分析并得到
P3?P0??0gy3 (7—7) 及 P4?P0??1gy3 (7—8)
式中的y3低于中性面，计算时应取负值。为了代表位置的一般性。现用下标F表示室内气体，0表示环境气体，于是两个速度方程可改写为
vF?(2(?0??F)gy?F2(?0??F)gy12) (7—10) 及 v0?(?0这两种流速数量级在几米/秒。将它们分别在各自的流通面积内积分，可以算出流入与流出的气体的质量流率，即
流入 mair?CaB?0?v0dy (7—11) 流出 mF?CaB?F?vFdy (7—12)
0??h0hF?0)12 (7—9)
式中，Ca是通风系数；B是通风口的宽度(m)；m是气体的质量流率(kg/s)；h0和hF分别为冷空气与热烟气流过通口的高度(m)。h0 + hF =H，见图7—3。将前面得到的速度公式分别代入这两式中，最后可得到
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第七章
2mair?CaBh032?0[2g(?0??F)?0]12 (7—13)
3?232?0[2g(?0??F)?0]12 (7—14) 及 mF?CaBhF3? 如果假设室内发生的是总体化学反应，即可以写为： 1 kg(可燃物) + rkg(空气) →(1+r)kg(产物)
若考虑到反应不是在化学当量比状况下进行，上式可写为 1kg(可燃物)?r?kg(空气)?(1?r?)kg(产物) 式中，?是空气修正系数，于是
mFmair??1?r????1? (7—15)
r?r??把方程(7—13)和(7—14)算出的mF和mair代入此式，则中性面距通
风口下边缘的高度h0可表示为通风口总高度H的函数。将hF写为(H—h0)，可得
h0H??1?[(1?(?r))??0?F]? (7—16) 如果使用?、r和?F的常见值进行计算，可得到h0H约为0.3~0.5，即进风部分的高度一般比排气部分的高度略小。燃烧产物
213?1的质量绝大部分来自空气，故可假设 mF?mair (即?r=0)。把方程(7—16)计算的h0代入方程(7—13)中，可得 mair?23?AH12Ca?0(2g)12
?{(?0??F)?0?[1?(?0?F)]}
对于轰燃后的室内火灾，?0?F一般为1.8 ~ 5，上式密度项的平方根可近似取为0.21。若令?0=1.2kg/m3，Ca=0.7，g=9.81m/s2，则空气流入速率可近似为
mair?0.52AH12 (kg/s) (7—18)
对木材而言，化学当量比燃烧所需的空气量约为5.7kg(空气)/kg(木材)。设室内正处于化学当量比燃烧，则木材的燃烧速率可写为
m?mair5.7?0.09AH12(kgs)
?????13?312??5.5AH12(kgmin) (7—19)
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第七章
在作了如此多的假设后，由理论分析得到的燃烧速率竟与川越邦雄的经验公式出乎意料的一致。这一点自然有些偶然，但它确实表明通风因子AH12具有重要意义。 二、室内燃烧的控制形式
在前面实验所取的通风因子范围内，可燃物的燃烧速率是由空气流入速率决定的，这种燃烧称为通风控制燃烧。室内燃烧还存在着另一种控制形式，即燃料控制。燃料控制的燃烧速率由可燃物的性质决定。当火源的大小与受限空间相比很小时，空气供应是充分的，这是燃料控制燃烧的一种形式。在容积一定的空间内如果火源的体积不断增大，通风条件便可逐渐支配燃烧速率，即室内燃烧进入了通风控制阶段。
若通风口过小，燃烧速率只可能维持很低的值。但随着通风因子的增大，燃烧速率亦不断升高。如果通风口持续增大，又将会达到燃烧速率与通风口大小无关的状态，这是然料控制燃烧的另一种情形。因此通风控制燃烧是在一定的受限空间内，火源具有一定规模时达到的燃烧形式。在室内火灾中，火区的发展一般都会很快发展到这种阶段。它是室内火灾燃烧研究的重点之一。
两种控制形式的分界线可由燃料的质量燃烧速率从与空气流入速率的关系确定。若设r为室内发生化学当最比燃烧时的空气/燃料比，mair为理论空气流入速率，于是在通风控制状态下有 m?mairr (kg/s) (7—20) 在燃料控制状态下有
m?mairr (kg/s) (7—21) 应当指出，假设室内发生化学当量比然烧，则意味着燃烧速率与空气流入速率有直接关系。在受限燃烧中，可燃物的质量燃烧速率是随周围环境施加到可燃物表面的辐射热而增加的，目前尚不清楚怎样根据通风状况来确定上述关系。上面的说明还隐含了可燃蒸气与氧气的反应是无限快的假设，但实际火灾然烧并非如此。 三、通风对室内燃烧的影响
用木棒垛作燃料床得到通风因子之后，广泛使用可燃液体和热塑料研究通风的影响已取得了较大进展。结果表明，稳定燃烧区域的形成是室内热量积累与通风受限双重影响的结果。墙壁与顶棚的存在阻止了热烟气轻易流走，在室内上部形成烟气层，使室内平均
?????
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第七章
温度大大升高，而较多热量反馈到可燃物表面又会加速可燃蒸气的生成，室内温度的升高程度是由燃烧决定的，当通风口很小时，外界空气流入相当困难。燃烧不强烈，然烧速率亦很低。随着通风口的增大，空气供应状况逐渐改善，燃烧强度加大，这样室内既有较高的温度，又有较好的通风，燃烧速率便迅速增大，在两者配合最合适的情况下，燃烧速率达到极大值，之后通风口再增大就开始起相反的作用了。它一方面造成烟气层减薄，另一方面使得经过通风口向外的辐射散热增加，引起室内平均温度的降低，并引起燃烧速率的降低。
上述结果是在侧壁中部设置通风口情况下得到的，实验发现通风口位置高度对燃烧速率也有重要影响，通风口偏低时，AH12很小便进入了穗定燃烧状态。当通风口升高时，进入稳定燃烧状况所需的通风因子要大得多，其燃烧速率的极大值亦明显高得多。对于确定的通风因子，随着通风口位置高度的增加，燃烧速率出现了上升—下降—回升的变化规律。燃烧速率前部的上升—下降变化主要与烟气层的影响有关。当通风口很低时，室内形成的烟气层很厚，它可将部分火焰浸没，从而影响了燃烧的正常迸行。通风口位置慢慢升高将使烟气层逐渐减薄，但在开始阶段其主要效果是使烟气层浸没火焰的情况得到缓解，于是燃烧速率不断增大。当烟气层对火焰不再产生直接影响时，燃烧速率达到极大值。如果通风口高度再增加，烟气减弱造成的室内温度下降的影响趋于明显，致使燃烧速率慢慢降到极小值。燃烧速率的再回升则表明另一种机理开始发挥作用，即烟气从通风口流出的速度增大了。烟气羽流撞击到顶棚后，可形成具有一定水平速度的顶棚射流。着烟气可凭借这种速度流出去，势必会引起室内外气体交换速率的加快。通风口上边缘到顶棚的距离较大时，烟气要在室内停留较长时间后才会排出，这种动量便在室内耗散掉了。通风口越接近顶棚，对烟气水平流速的影响越明显。在通风口的大小与位置高度都适当时，烟气层既可保持足够的厚度又不影响火焰，还有足够的空气供应，室内的燃烧速率将达到最大值。
实际房间通风口不是单一的，最常见的是具有一个门和一个窗，室内燃烧将出现一些比较复杂的情形。对于仅有门这样的通风口时，气体是由门的下方流入上方流出的，室内形成一个大循环。但在双通风口情况下，则会依据它们各自的高度和大小的不同而出
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现多种流型。
武田(Takeda)提出可用当量通风口高度并借助单通风口的公式估计双通风口时的室内燃烧。当量通风口高度用下式定义： Heq?H?NDNS (7—22) 式中，H为门的高度(m)；NS和ND分别为仅开门和门窗全开时的中性面高度(m)。当量通风因子可写为
12 (AH)eq?Heq?W?Heq (7—23) 式中，W为门的宽度(m)。
图7—4给出了两种通风口情况的燃烧速率变化，虚线为仅开门时的情形。实线为门窗全开时的情形。可以看到双通风口时的燃烧速率比仅开门通风时低。这应当是窗户影响的结果。当热气体可以从位置较高的窗户流出时，将会限制室内烟气层的增厚，室内平均温度偏低影响了燃烧速度的升高。
四、可燃物性质对室内燃烧的影响
室内火灾中的可燃物绝大部分是固体或液体，它们燃烧的基本过程是先蒸发(或热分解)生成可燃气体，然后再与空气发生扩散燃烧。而若使可燃固体和液体发生热分解或蒸发，必须由外界向可燃物提供一定的热量。这就是说可燃物的质量燃烧速率与外界向可燃物的传热有直接关系，可用下式表示：
???QE???QL??)LV (7—24) m???(QF??是火焰供给可燃式中，m??是单位面积可燃物的质量燃烧速率；QF
??????310