在火灾燃烧中，火源上方的火焰及燃烧生成烟气的流动通常称为火羽流。火焰上方为燃烧产物的流动区，其流动完全由浮力效应控制，可称为浮力羽流或烟气羽流；当烟气羽流碰触到顶棚后形成按棚顶下表面蔓延的顶棚射流。
2.2.4.1 火羽流
火羽流的结构如图2-2所示。火焰可分为三个区：下部称为稳定火焰区；中部区域火焰是间断出现的，称为间断火焰区；上部是烟气羽流区。由于固体火灾燃烧时，其可燃气体是随着固体加热逐渐分解而形成的，因此，火羽流的火焰基本上是自然扩散火焰，火焰流动是由浮力控制的。
图2-2 火羽流结构
（1）火羽流的温度。
Mccaffrey等[57]以甲烷为可燃气，在边长为0.3 m的多孔燃烧器上测量了火羽流中心线的平均温度和平均速度，结果表明火羽流每个区域内的温度与高度之间存在如图2-3所示的关系。由温度分布图可以看出，在连续火焰上方不远范围内，火焰温度由500 °C左右迅速上升到800 °C，在一定区间内保持温度不变。在间歇火焰部分，温度逐渐降低，在间歇火焰边缘部分温度降低到320 °C左右，在浮力羽流区域逐渐接近常温，因此人为自然扩散火焰的平均温度为500～600 °C。
图2-3 火羽流中心线温度随高度的变化
（2）浮力羽流。
发生火灾时，烟气温度高于周围空气，两者之间存在温度梯度，便会产生密度梯度，在相互作用下产生浮力效应，密度较小的气体向上运动。在火灾燃烧中，烟气浮力羽流受到流体黏性力的作用，羽流内的温度取决于火源强度（热释放速率）和距离热源的高度。(www.xing528.com)
当火源位置在正中央时，羽流的垂直向上运动是轴对称的，但当火源靠近墙壁或者在两墙交界的墙角时，坚固的外壁边界对空气卷吸的限制将对火灾产生重要影响，空气只能从未被坚固壁面限制的方向卷入，近壁一侧形成负压区，火焰向壁面倾斜，如图2-4所示。由于羽流与环境空气的混合速率与不受限制情况下相比较混合速率较慢，因而随着羽流高度的增加，其温度的下降亦将变慢，若所处壁面材料可燃，将会加强燃烧的火势，若所处壁面不可燃，将在火灾壁面上扩展开来以吸收更多的空气，以烧掉烟气中的可燃挥发分。
图2-4 近壁火羽流示意图
2.2.4.2 顶棚射流
顶棚射流是一种半受限的重力分层流，当垂直向上拓展的火羽流受到顶棚阻挡时，热烟气将沿顶棚水平流动，并沿厚度方向积累。图2-5为火羽流演变成顶棚射流的发展过程。烟气羽流在顶棚上的接触区大体为圆形，并向四周扩散。烟气羽流和顶棚底面接触存在黏性阻力，因此，与顶棚接触的烟气薄层流速较低。烟气层随着垂直向下离开顶棚距离的增加，其速度逐渐增大，当超过一定距离后，烟气速度逐渐降低为零。这种速度分布使得烟气射流前锋逐渐向下流转，同时，由于热烟气层具有一定的上浮效应，因此在顶棚射流中便形成一连串旋涡，并将烟气层下方的空气卷吸进去，使烟气顶棚射流层厚度不断增加，速度逐渐降低。
图2-5 浮力羽流和顶棚的相互作用
夹带火焰的顶棚射流在走廊内的蔓延是建筑火灾的重要形式，Hinkley等较早研究这种现象，他们利用倒置的槽状容器模拟走廊，如图2-6所示，在槽内靠近一端的位置放置一个多孔气体燃烧器，火灾烟气可沿槽状烟道流动较长的距离，槽道内的衬里是不可燃材料。试验发现，火焰的特性与燃烧器表面到顶棚之间的距离（H）和气体体积流率（Q）有密切关系。若火羽流部分能够卷吸的空气较多，则水平火焰长度有限；若可燃气的流量相当大，顶棚下就可形成燃烧着的烟气层，火焰面出现在富燃料烟气层的下边界处。从模拟走廊的剖面图可以得到，射流中燃烧的存在诱发了由中部上升然后向两边翻卷的旋涡，这显示走廊的竖直壁面对火焰结构也有重要影响。
图2-6 模拟走廊顶棚下方的火焰传播
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
