室外可燃物堆场安全间距理论分析与数值模拟

黄强+黄仕元+秦佳伟

摘 要：通过模拟火源对相邻可燃物堆场引燃过程的研究，建立了火源着火后辐射热流量对相邻可燃物的影响关系。结合理论与模拟分析，讨论了在与火源不同间距下，模拟辐射热流量引燃相邻物过程，提出了在不同条件下，可燃物辐射引燃的判定依据。给出了在可燃物堆场着火时，相邻建筑物及可燃物堆场的防火安全间距。

关键词：可燃物堆场； 引燃； 热释放速率； 安全间距

The outdoor combustible yard safety spacing theoretical analysis and numerical simulation

Huang Qiang，Huang Shi-yuan，Qin Jia-wei

（ Nanhua University， Hengyang， Hunan 421001 China ）

Abstract： the through simulated fire source research on the the adjacent combustibles yard ignition process， the establishment of the radiant heat flow adjacent combustible relationship after the fire of the fire source. Combination of theory and simulation analysis， and discuss the simulation of radiation heat flow to ignite adjacent material process， combustible materials under different conditions， the judgment radiation ignited the fire source spacing. In the fire of combustibles yard， adjacent buildings and combustible yard fire safety spacing.

Key words： combustible yard； ignited； heat release rate； safety pitch

1.前言

火灾及其相关灾害是危害人类最剧烈的灾害之一，它具有发生频率高、涉及面广、影响较大等特点。我国是一个农业大国，农村居住人口比例较大，农村消防工作的好坏更是关系到农村经济的发展和社会的稳定，农村消防已成为整个消防工作的重点[1]。近年来，我国新农村建设不断发展，村镇的规模不断扩大，但相关消防建设标准和规范比较薄弱，导致我国农村火灾频发，损失惨重，成为困扰社会主义新农村建设的主要问题之一。为此国家住房部和城乡建设部与国家质量监督检验疫总局2011年联合发布了《农村防火规范》（GB 50039-2010）。

火灾通常都是可燃物被点燃所引起的，在实际的农村火灾统计中可反映出，农村可燃物堆场数量较多、分布形式较为复杂。作为火源的可燃物堆场着火以后，在周围上层形成温度较高的热烟气层，对于邻近其它可燃物来说，将会受到火源及熱烟气的共同热辐射作用，当它们接收到的辐射热流量达到其着火的临界热流量时，这些可燃物就会被引燃，与最初着火的可燃物一起形成一个更大的火源[1]-[3]。在可燃物较多的情况下，这种可燃物之间从被引燃到引燃的过程类似一个不断传递的链式反应，直到所有的可燃物都被引燃，由此可见，火灾发生后周围可燃物能否被引燃以及被引燃的时间计算，确定合理的防火间距具有重要意义。而规范中针对可燃物堆场的防火间距界定不是很明确。

2.着火可燃物堆场对相邻可燃物辐射引燃数学判断依据

一个可燃物着火形成火源以后，释放出的热量会有一部分以辐射的形式向外发散出去，距火源中心距离为R处的被引燃物接收到的火源辐射和火源热释放速率的关系可以表示为：

式中：Q——火源热释放速率，kW；

xr——辐射系数，取1/3；

R——被引燃物距火源中心的距离，m；

qf——被引燃物接收到的火源辐射热流量，kW/m2。

可燃物着火后， 在周围形成温度较高的热烟气层，烟气层对周围的被引燃物具有辐射作用[4]。在发生火灾后，被引燃物接收到的总辐射热流量即为火源辐射热流量加上烟气层的辐射热流量。在着火一段时间以后，被引燃物在火源和烟气层的辐射作用下，总的辐射热流量达到其临界热流量时，即被引燃[5]-[8]。建筑物外墙及木材的临界辐射热流量及着火点见表1。

3.FDS模拟研究

3.1模拟假设

假设在室外有一可燃物堆场发生火灾，在距火源距离为R处有一被引燃物，如图1所示，分析火源与被引燃物在不同的间距条件下，火灾燃烧持续时间为600s，可燃物被引燃的情况。假设火源为木材50m3堆，被引燃物为木材堆场。与被引燃物间距分别为：5m、8m、10m、12m、15m。

3.2结果分析

根据设定的火源热释放速率及计算得到的烟气层温度，对于被引燃物与火源之间的不同间距，计算被引燃物接收到的总辐射热流量，在不同间距条件下，被引燃物接收到的的辐射热流量随时间变化的曲线如图3所示。

4.理论与模拟分析

由上述计算结果分析可知：

（1）对于快速发展的火源来说，当被引燃物与火源之间间距较小时，如表2所示，间距为5m的情况下，火源对被引燃物的辐射热流量均呈很快的增长趋势，并目辐射热流量在很短的时间内达到被引燃物的临界辐射热流量，被引燃物会在很短的时间内被引燃。对于5m间距的布置方式，被引燃物会在4min内被引燃。

（2）进一步增大被引燃物与火源的间距。当间距达到6m以上时，火源对被引燃物的辐射热流量的增长会随着间距的增大而趋缓，这时被引燃物接收到的总辐射热流量也会随着间距的增大而下降，被引燃物被引燃的时间逐渐推迟。当被引燃物与火源的间距增大到8m时，要10min才能被引燃；而对于被引燃物来说，当间距增大到10m以后，被引燃物己经不会被引燃。

（3）当被引燃物与火源间距较小时，如间距为4m的情况，火源辐射热流量占到总辐射热流量的90%以上，被引燃物接收到的总辐射热流量与火源的热释放速率呈明显的正比关系，这时可以不考虑烟气层对被引燃物的辐射热流量，仅以火源的辐射热流量是否达到被引燃物的临界辐射热流量来判定被引燃物的引燃。

（4）当被引燃物与火源间距较大时，如本例间距增大到8m以后，火源的辐射热流量增长缓慢，总的辐射热流量中的比例也逐渐下降，这时对于被引燃物引燃的判定就由火源辐射和烟气辐射共同决定。而对堆场来说，烟气层的温度较低，与被引燃物的距离较远，随着间距的增大，烟气辐射热流量在总辐射热流量中的比例的增长并不显著，可以仅考虑火源辐射来对被引燃物的引燃进行判定。

5.结束语

在可燃物堆场防火设计过程中，经常会遇到在一个空间内布置很多可燃物的情况，这些可燃物之间存在着一种类似链式反应的被引燃一引燃的过程，而通过传统的火灾模型或是实验取得的火源热释放速率只能表示一个物体的燃烧情况。为了设计一个与真实情况较为接近的火灾模型，本文给出了在着火堆场相邻可燃物之间辐射引燃的数学模型及引燃判据。通过模拟说明了在着火堆场存在多个可燃物的情况下，判断木材类可燃物之间能否相互引燃的安全间距为10m。

本文在模拟设计中还存在一下不足：

（1）本模拟实验及计算均忽略了火灾中烟气的变化，在实际火灾中还要考虑烟气的流动及对邻近物的影响。

（2）本模拟实验规定了火源规模为50m3，在以后模拟实验中还应补充不同不同火源规格对邻近物的影响。

（3）由于农村村民通常会储存许多粮食和一次性购买很多生活用品，如：面粉、大米、食用油以及家庭衣物的堆放等，這些都会形成可燃物堆场，它们的材质不同，所要求的安全防火间距肯定也会不同。本文只是对室外木材堆场做了模拟研究，其他室外及室内可燃物堆场没有做详细的模拟，需要进一步完善这方面的数据。

参考文献

[1] 张孟君、程远平、张小宏.着火房间相邻可燃物引燃过程及其实例研究[J].消防科学与技术，2004（2）23，107-111.

[2] 宋长忠.火灾可燃物热解动力学及着火特征研究[D].浙江大学博士毕业论文，2006.27-31，76-79，110-116.

[3] 陈鹏.典型木材表火蔓延行分及传热机理研究[D].中国科技大学博士毕业论文，2006：61-86，109-138