二、热对流
热量通过流动介质的热微粒由空间的一处向另一处传播的现象,或者说,由流体微团相对位置的改变而传递热量的现象,称为热对流或对流传热。
(一)热对流的分类
根据引起对流原因,可分为自然对流和强制对流;就流动介质的不同可分为气体对流和液体对流。
1.自然对流和强制对流
自然对流是指流体的运动由自然力引起的。自然对流传热的机理是:当流体的一部分被加热时,密度降低,由于密度差而产生了浮力,结果较轻的流体微团上升,较重的(较冷的)流体微团下沉,使流体产生对流,并把热量由高温区带到低温区。例如,高温设备附近空气受热膨胀向上流动,火灾中的热气体(主要是气态燃烧产物)也作上升流动,而冷(新鲜)空气则与其作相反方向流动。
强制对流是指流体微团的空间移动是由机械力引起的。例如,通过鼓风机、压缩机、泵等使气体、液体产生强制对流。在发生火灾时,如果通风机械还在运行,就会成为火势蔓延的主要途径。使用防烟、排烟等强制对流设施,就能抑制烟雾扩散和自然对流;煤矿火灾用强制对流改变风流方向,可控制火势发展。
2.气体对流和液体对流
(1)气体对流。气体对流对火灾的发展蔓延有着极其重要的影响。可燃物燃烧时放出的热量加热了燃烧产物,使燃烧产物体积膨胀上升,离开燃烧区,同时周围的新鲜空气流入燃烧区来进行补充。可见,气体对流自动地维持燃烧的继续进行,而且燃烧越猛烈,它所引起的对流作用越强;反过来,对流作用越强,它将助长燃烧更猛烈地发展。因此,对流与燃烧的关系是燃烧引起了对流,对流助长了燃烧。
室内发生火灾时,气体对流的结果是在房间上部、顶棚下面形成一个热气层。由于热气体聚集在房间上部,如果顶棚或者屋顶是可燃结构,就有可能起火燃烧;如果屋顶是钢结构,就有可能在热烟气流的加热作用下逐渐减弱强度甚至垮塌。
总之,热气流(烟雾)的温度很高,它在流经途中能够加热可燃物甚至达到燃烧的程度,使火灾发生蔓延。一般地说,烟雾流动的方向,就是火灾蔓延的方向;如果改变烟雾流动的方向,就会改变火灾蔓延的方向。
火灾中的热对流受许多因素的影响,主要有通风孔洞面积和高度、温度等。通风孔洞越多,各个通风孔洞的面积越大、越高,对流速度越快;通风孔洞所处位置越高,对流速度越快;燃烧区的温度越高,它与环境温度的温度差越大,则燃烧区的热空气密度与非燃烧区冷空气密度相差越大,气体对流的速度就越快。
(2)液体对流。液体对流是指液体受热后,受热部分因体积膨胀、密度减小而上升,而温度较低,密度较大的部分则下降,就在这种运动的同时伴随着热量传递,最后使整个液体被加热。
液体对流对火势发展也有一定的影响。如果盛装在容器内的是可燃性液体,当局部受热后,通过对流能使整个液体升温,蒸气挥发加快,压力增加,就有可能引起容器的爆裂,以致酿成火灾爆炸事故。轻质油不易产生热对流,燃烧主要以热辐射形式传到液面使之迅速蒸发燃烧,液面以下热对流较弱。
(二)热对流与火灾
热对流是火灾中热量传递的重要方式之一,尤其是发生在建筑内的火灾。它是影响初期火灾发展的最主要因素。
高温热气流能加热在它流经途中的可燃物,会引起新的燃烧;热气流能够往任何方向传递热量,但一般总是向上传播;由起火房间延烧至楼梯间、走廊,主要是热对流的作用;通过通风孔洞进行的热对流,可使新鲜空气不断流进燃烧区,使燃烧持续发生;含有水分的重质油品燃烧时,由于热对流的作用,容易发生沸溢或喷溅。
为了防止火势通过热对流发展蔓延,在火场中应设法控制通风口,冷却热气流(包括重质油品储罐)或把热气流导向没有可燃物或火灾危险较小的方向。