消防燃烧学中的热自燃灭火分析

（一）燃烧过程中放热曲线与散热曲线的关系

在讨论着火问题时，曾作过混气浓度不变的假定。这种假定虽具有近似性，但误差不大，因为着火前反应速度很慢。但若混气一旦着火，混气浓度就会因燃烧而急剧减少。在非绝热情况下，混气浓度的变化比较复杂，但不难理解，由于混气浓度的降低，放热速度将会变慢，放热曲线不会始终上升而会出现下降；而散热曲线与混气浓度变化关系不大，仍呈直线。于是放热曲线与散热曲线的交点在一般情况下不是原来的2个点而是3个点A、B、A′，如图4-12所示。

图4-12 燃烧过程中的放热曲线与散热曲线关系

如果提高环境温度至T₂，使散热曲线与放热曲线相切于C点，则A′移到A′′。在这样的条件下，可燃混气必将出现着火的过程，而A′′点则是混气能够实现的高水平的稳定反应状态——高温燃烧态，对应的T_燃即为燃烧温度。由此可见，不考虑浓度变化的着火分析是不可能表明系统在燃烧时所处的状态的。

（二）灭火措施

1.降低环境温度T₀

设系统已经在A′′′进行稳定燃烧，其对应的环境温度为T₃，如图4-13所示。

图4-13 降低环境温度使系统灭火

现欲使系统灭火，将环境温度降低到T₂，此时燃烧点移到A"，因A"是稳定点，系统则在A"进行稳定燃烧。这就是说，环境温度降到着火的临界温度，系统仍不能灭火。同样，因A′也是稳定燃烧态，环境温度降低到了T₁时也不能灭火。

当环境温度降低到了T₀时，放热曲线与散热曲线相切于E点。E点是个不稳定点，因为系统稍微出现一降温扰动，由于散热速度大于放热速度，系统会自动降温，移到E′，E′是低温缓慢氧化态，这样系统就由高温燃烧态过渡到低温缓慢氧化态E＇，即系统灭火。

从以上分析可以看出：

（1）灭火条件也是放热曲线与散热曲线相切。但切点位置在E点而不在C点，这是与着火条件不同之处。

（2）已着火系统的环境温度降到着火的临界温度T₂，系统仍不能灭火。必须使环境温度降到低于着火（自燃）时的临界温度，即降到T₀时系统才能灭火，这种现象称为灭火滞后现象。

图4-14 改善系统散热条件使系统灭火

2.改善系统散热条件(www.xing528.com)

设系统已经在点进行稳定燃烧，系统的环境温度为T₀，如图4-14所示。

现保持环境温度T₀不变，为使系统灭火，改善系统散热状态，即改变式（4-3）中αF值的大小，在Q—T图上就是改变散热曲线的斜率。增大系统散热曲线斜率，使散热曲线与放热曲线相切于C点，相应的点移向A"，此时因A"是稳定燃烧态，系统不能灭火。继续增大斜率，使A"点移向A′点，A′也是稳定燃烧态，系统仍不能灭火。

如果进一步增大斜率，使散热曲线与放热曲线相切于E点，因E点是不稳定点，系统将向E′移动，并在E′行缓慢氧化，于是系统完成了从高温燃烧态向低温缓慢氧化态E′的过渡，即系统灭火。

在这里可以看到同样的灭火条件和灭火滞后现象，也就是系统要在比着火时更不利的条件（散热更大）下才能灭火。

3.降低系统混气浓度

设系统已经在点进行稳定燃烧，系统的浓度为C₀，环境温度为T₀，如图4-15所示。

图4-15 降低系统混气浓度使系统灭火

现保持环境温度T₀和散热条件不变，为使系统灭火，降低系统中混气的浓度C₀。根据式（4-2）可知，放热速度Q_放将变小，放热曲线将下移。混气浓度从C₀降到C₁，点移向A"，因A"是稳定燃烧态，系统不能灭火。继续降低混气浓度至C₂，使散热曲线与放热曲线相切于E点，因E点是不稳定点，系统将向E'移动，并在E'进行缓慢氧化，于是系统完成了从高温燃烧态向低温缓慢氧化态E'的过渡，即系统灭火。在这里也可以看到同样的灭火条件和灭火滞后现象，系统要在比着火时更不利的条件（浓度更低）下才能灭火。

综上所述，根据热自燃理论，要想使已经着火的系统灭火，必须采取以下措施：

（1）降低系统氧气或可燃气体的浓度。

（2）降低环境温度。

（3）改善系统散热条件。

而且，在灭火中存在灭火滞后现象，即降低系统混气浓度和环境温度以及改善散热条件都必须使系统处于比着火时更不利的状态。

进一步的研究还指出，改变环境温度对着火的影响比较大，对灭火的影响比较小；而改变混气浓度对着火的影响比较小，对灭火的影响比较大。因此，对灭火来讲，降低混气浓度比降低环境温度的作用更大，而对防止着火来讲，则正好相反。

由以上分析可知，系统着火就是由缓慢氧化状态转变为高温燃烧状态，而灭火就是由高温燃烧状态转变为缓慢氧化状态。但是，着火与灭火不是一个可逆的过程，因为它们要经过不同的由稳定态向非稳定态的过渡，即从稳定点A向非稳定点C的过渡和从稳定点向非稳定点E的过渡，因此具有不可逆性。如果系统原来是稳定的缓慢氧化状态，则系统不会自行着火；如果系统原来是稳定的高温燃烧状态，则系统不会自行灭火。