固体燃烧速度的主要影响因素-来自《消防燃烧学》的研究成果

（一）内因

1.固体的理化性质与结构

固体的熔化、蒸发、分解、化合等理化特性是决定固体燃烧速度的内部原因。在相同外界条件下，固体物质的化学活性越强（易分解或易化合），那么它的燃烧速度越快；反之则慢。例如，同为金属晶体，主族金属元素K、Na等在空气中发生较快速的蒸发燃烧，而副族元素Fe、Cu及其合金则在高温下也只能发生缓慢的表面燃烧；红磷与白磷晶体结构不同，白磷34℃即可自燃且燃速很快，红磷则需加热到260℃才发生自燃，燃速也小于白磷。从表8-2中列举的部分纤维试样的直线燃烧速度也可看出，同是纤维材料，但是它们的燃速也不一样，一般是：天然植物纤维大于动物纤维；熔融人造纤维大于非熔融人造纤维。

2.氧指数

固体的燃烧速度与氧指数有关。氧指数又称临界氧浓度或极限氧浓度以OI表示。它是指在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需要的最低氧气浓度，以氧所占的体积分数来表示。表8-3列举了部分材料的氧指数。

表8-3 部分材料的氧指数 （%）

氧指数也是物质本身的固有特性之一，试样的OI值越大，说明该物质材料的燃烧性能越差，其燃烧速度就越慢；试样的OI值越小，说明该材料的燃烧性能越好，其燃烧速度就越快。因此，氧指数是评价固体材料燃烧性能的一个重要指标，通常以其为依据将固体材料进行分类：OI＞50%的为不燃材料；OI在27%～50%之间的为难燃材料；OI在20%～27%的为可燃材料；OI＜20%的为易燃材料。OI可按下列公式来计算

式中 [O₂]——氧气流量（L/min）；

[N₂]——氮气流量（L/min）。

实验证明，用水或其他阻燃剂处理过的材料，其氧指数会升高，因此，燃烧速度会减慢。

（二）外因

1.固体比表面积

比表面积，即单位体积物质的总表面积。固体物质比表面积越大，燃烧速度越快。例如，大块木材、煤炭燃烧速度都很慢，而一旦成为刨花、薄片、小块状，比表面积增大，氧化作用越容易，燃烧速度也就越快；如果成粉尘状，比表面积更大，则能发生粉尘爆炸的危险；市场商铺中的大量衣物织品都是展开悬挂，也增大了可燃物的比表面积，一旦失火，火势即可迅速蔓延。

2.水分及不燃介质含量(www.xing528.com)

固体中或表面的水分、泥土等介质可看成是阻燃剂，它们的含量越多，固体的氧指数越大，其燃速越慢；反之亦然。例如，干木材较湿木材易燃；含煤矸石多的煤炭比含煤矸石少的煤炭燃得慢等。

3.固体物质的密度和热容

燃烧速度与固体密度的平方成反比，因此，固体物质的密度越高，燃烧速度越慢；而热容大，导热性差的物质，燃烧速度也慢。例如，在相同实验条件下，让密度分别为0.35t/m³、0.45t/m³、0.62t/m³的木材燃烧，3min时，测得试样的质量损失率分别是40%、30%、20%；而4min时，测得它们的质量损失率分别是60%、40%、30%。

4.火灾负荷

火灾负荷是指单位火场面积上的可燃物数量。火灾负荷大，则火场放热速率高，从而使燃烧速度加快。以木材为例，实验测得火灾负荷为25kg/m²时，其平均燃烧速度为50kg/（m²·h）；而火灾负荷增加到50kg/m²时，其平均燃烧速度为52kg/（m²·h）。

5.燃烧方向

固体可以在任何方向的表面上燃烧，这一点与液体不同。从蒸气与氧气的混合及产物的扩散分析，固体呈垂直燃烧时速度最快。因为燃烧的火焰和产物向上方扩散，使其未燃部分预热升温，促使蒸发、分解，燃烧速度加快。固体的燃速一般是：垂直向上方向大于水平方向大于垂直向下方向。

6.空气流速（风）

固体物质发生燃烧过程中，外界的空气流会大大增加可燃材料表面氧气的供给。风可使火焰倾斜，增强了向前部分未燃材料表面的传热速率，所以，在一定风力范围内，风速越大，固体的燃烧速度就越快。随着风力的加强，固体燃烧速度将按指数关系增加，但当风速增加到某一临界值时，固体表面热损失远大于加速燃烧的放热量，致使降温至固体燃点以下，而使火焰熄灭，燃烧停止。

7.阻燃剂

可燃性固体用阻燃剂处理后，其氧指数会升高，燃烧性能明显减弱，可使易燃材料变成难燃材料或不燃材料；有的仅炭化而不着火、不冒烟；有的虽炭化、着火或发烟，而一旦离开火源，则可自动熄灭，难以延烧，致使燃烧速度降低。

【思考与练习题】

1.已知100kg某木材燃烧4min后，其单位面积上的质量损失率为60%，试求该木材的平均质量燃烧速度。

2.影响固体燃烧速度的因素主要有哪些？