[科普中国]-热释放速率

介绍

火灾的燃烧强度通常用热释放速率表示。在进行火灾危险分析时，人们需要了解火灾的热释放速率到底有多大，以及火灾热释放速率是如何变化的。

对于现有的火灾过程程模拟程序来说，火灾的热释放速率是一个最基本的输入参数，只有确定了它的大小才能进行火灾发展与烟气流动的计算。实际上进行危险分析所涉及的火灾并没有真正发生，它的热释放速率大小完全是一种人为的假设。当然，这种假设越合理，依据它进行的模拟计算所得到的结果越真实。

在实际进行火灾危险分析时，一般是参照火灾的热释放速率随时间的变化进行的。于是一些人提出，直接将这种变化规律表示为一条曲线更便于应用，并称其为设定火灾曲线。

公式原则上说，只要知道了火灾中可燃物的质量燃烧速率，就能够按下式计算其燃烧时的热释放速率：

式中：m——可燃物的质量燃烧速率（kg/s）；

——该可燃物的热值；

——燃烧效率因子，反应燃烧不完全的程度。

需要指出，上式右侧的各项都是难以合理确定的。首先是火灾中的可燃物组分变化很大。因而其热值不是固定不变的。其次是在火灾过程的计算中，直接使用某种物质的燃烧热不符合火灾燃烧的实际情况，因为热值是该物质完全燃烧时放出的热量，而在火灾中，

大部分物品基本上是不会完全烧完的；再次由于火灾中的燃烧通常是不完全燃烧的。分析表明。在不同的火灾场景下，燃烧效率因子可以在0．3～0．9范围内变化，而不是一个固定不变的值，因此指望依靠上式准确计算火源的热释放速率是不现实的。

数值模拟方法火灾发展过程中的各种火灾参数直接取决于火灾的热释放速率，而燃料的燃烧是一个相当复杂的物理化学过程，对其进行数值模拟是一项极其艰巨的任务，当前绝大多数火灾模型都没有包含燃料的燃烧模型，在运用火灾模型进行火灾危害分析时通常都直接采用实验测量得到的热释放速率曲线或采用一些简化的特征火灾发展模型如T平方发展火灾。

以下是几种确定火源热释放速率曲线的方法：

实际火灾实验通过实际的火灾实验，可以得到火灾的热释放速率曲线。根据实验的规模，火灾实验可分为实验室规模实验、中型实验以及实尺寸火灾实验。其中实验室规模的实验主要通过锥形量热器测量单一可燃物的热释放速率，试样的大小约为100 mm；100 n3．m中型实验除了可以测量单一可燃物的热释放速率外，还可以测量几种可燃物组成的可燃组件的热释放速率，试样的大小最大可达1 m；1 m大型实尺寸火灾实验模拟建筑的实际尺寸根据实际的可燃物种类火灾荷载及摆放方式进行实验，其实验结果与真实火灾较为接近。但由于这类实验的花费较大，目前此类实验的相关数据较少，相对较多的是单一可燃组件的火灾实验数据。三种实验方法中，最有实用价值的是实尺寸火灾实验；其次是中型火灾实验；而实验室规模实验结果，则常用于分析火灾引燃源。

类似火灾实验由于已做的火灾实验有限，多数情况下找不到有待分析的可燃组件的实验数据，在这种情况下可以找其他具有类似的燃料类型、燃料布置及引燃场景的火灾实验数据，当然所采用数据的实验条件与实际要考虑的情况越接近越好。2

火灾蔓延计算火灾在初期仅有少量的可燃物参与燃烧，之后通过热辐射将相邻区域内的可燃物引燃，再经过一段时间后，被引燃的可燃物产生的热辐射又将邻近的可燃物引燃。如果火源周围存在足够的可燃物，随着时间的推移，不难设想卷入火灾的可燃物将会成倍增加，火势也随之不断增长

实测数据现在一般通过试验来确定典型物品的火灾燃烧特性，并据此估计特定物品的热释放速率。测量热释放速率已发展出了多种方法，其中应用最成功的是锥形量热计及家具量热仪，并以此获得了大量的实测数据。

火灾试验是一种毁坏性试验，家具、衣物等物品一旦经过火烧基本上便彻底报废，全尺寸火灾试验的耗费相当大，一般只能进行数量有限的全尺寸火灾试验，因此应当注意充分利用已经得到的室内常用物品的燃烧性能数据。在许多火灾文献中可以查到这些数据。

下图列出了若干物品的热释放速率参考值。3

HRR曲线因此热释放速率表达了火源释放热量的快慢和大小，也是火源释放热量的能力。

HRR越大，燃烧反馈给材料表面的热量就越多，结果造成材料热解速度加快和挥发性可燃物生成量的增多，从而加速了火焰的传播。

热释放速率是影响火灾发展的基本参数，它体现了火灾放热强度随时间而变化，决定了室内温度的高低及烟气产生量的多少。火灾条件下的热释放速率主要通过试验确定。热释放速率模型可以根据各个阶段的特点及评估的需要来建立。

火灾热释放速率曲线的确定是火灾基础研究的一个重要问题。

一种常用的方式是按照火灾的发展过程将热释放速率曲线分为3段：初期增长阶段用t2模型描述；在充分发展阶段认为热释放速率维持不变；在减弱阶段则按线性减弱处理。