关于火三角形/四面体和燃烧的信息

要了解灭火器的工作原理，你需要了解燃烧。在这篇简短的介绍中，不可能完全描述火灾中发生的所有复杂的化学和物理反应。然而，这一页将提供对火灾和爆炸的基本理论的介绍。

火四面体(金字塔)

多年来，火的概念被燃烧三角所象征，并代表燃料、热和氧。进一步的火灾研究确定了第四个元素，化学链式反应，是火灾的必要组成部分。火三角形被改成了火四面体来反映这第四个元素。一个四面体可以被描述为一个金字塔，它是一个有四个平面的固体。基本上，火的发生必须有四种元素:燃料、热量、氧气和化学连锁反应。除去其中任何一个基本元素都会导致火被熄灭。

这四种元素分别是维持燃烧的氧气、将材料提高到点火温度的足够热量、燃料或可燃材料以及随后在材料中发生放热的化学连锁反应。火四面体的每一面都象征着燃料、热、氧和化学连锁反应。从理论上讲，灭火器是通过拿走火四面体中的一个或多个元素来扑灭火灾的。

这个模型虽然过于简单，但对于如何灭火的理论来说却是一个很好的类比。例如，泡沫灭火器会在可燃材料周围形成一道屏障，切断氧气供应，同时减少热量。通过加水，你可以将温度降低到燃点以下，或者对于易燃液体火灾，它可以去除或转移燃料。最后，通过使用BCF和其他哈龙灭火器“清除”化学反应中的自由基来干扰化学连锁反应是可能的，这也会产生惰性气体屏障。然而，这种类型的灭火剂正在逐步淘汰，将来可能会发现其他的灭火剂使用这一原理。对面的2D图代表了一个四面体的3D模型。

火的定义

燃烧或火的一个普遍接受的定义是:在高温下快速氧化，伴随着受热气体产物的演化，以及发射可见和不可见辐射的过程。氧化发生在我们周围，以金属表面生锈的形式发生，也在我们的体内通过代谢我们所吃的食物发生。然而，将燃烧与其他形式的氧化区别开来的关键词是“快速”。

燃烧过程通常与燃料在氧气存在下的氧化有关，释放出热、光和其他废气产物。氧化，在严格的化学意义上，意味着失去电子。为了使氧化反应发生，还原剂(燃料)和氧化剂(通常是氧气)必须存在。随着热量的增加，点火源、燃料分子和氧分子获得能量并变得活跃。这种分子能量被转移到其他燃料和氧气分子中，这就产生了一个链式反应，燃料失去电子，氧气获得电子。这种放热电子转移散发出热和/或光。如果火灾发生在炉排或炉内，我们称之为可控火灾，如果是建筑物着火，我们称之为不可控火灾。

燃烧模式

燃烧过程有两种模式:

• 燃烧的
• 非燃烧的、闷燃的或发光的余烬。

对于燃烧模式，固体和液体燃料必须被汽化。固体燃料蒸汽被热驱逐，或蒸馏，液体燃料蒸汽蒸发。我们看到的是以燃烧方式燃烧的，正是来自固体或液体燃料的挥发性蒸汽。从燃料中产生的这种气体或蒸汽称为裂解。一旦火焰形成，从火焰到燃料表面的热传递继续赶走更多的挥发性气体，使燃烧过程持续下去。在燃烧模式下的持续燃烧需要较高的燃烧速率，通过传导、对流和辐射从火焰区域传递热量所产生的热损失必须小于火焰输出的能量。如果热量损失大于火的能量输出，火就会熄灭。

两种模式，燃烧和非燃烧，可以单独出现，也可以组合出现。易燃液体和气体只能在燃烧模式下燃烧。木头、稻草和煤是两种模式可以同时存在的例子。

火焰燃烧可以以以下形式发生:

1. 在点火前将燃料和氧气混合的预混火焰。例如本生灯、煤气炉或丙烷炬上的火焰。
2. 扩散火焰更常见，燃料和氧气最初是分离的，但在它们混合的区域燃烧，就像燃烧一池易燃液体或燃烧一根木头。

火灾的阶段

火灾有三个公认的阶段。初始阶段、阴燃阶段和火焰阶段。

初始阶段是进行预热、蒸馏和慢热解的阶段。气体和亚微米颗粒通过扩散、空气运动和热解产物的浮力产生的弱对流运动产生并运输离开源。

阴燃阶段是热解充分发展的阶段，从点火开始，包括燃烧的初始阶段。不可见的气溶胶和可见的烟雾颗粒是由中等对流模式和背景空气运动产生和运输远离源头。

燃烧阶段是一个快速反应的阶段，涵盖了火焰最初发生到完全发展的阶段。火焰的热传递主要来自火焰的辐射和对流。

类火

火灾中涉及的可燃和可燃燃料被分为五类:

• A类火灾——火灾是否涉及纸张、木材等有机固体?
• B类火灾-火灾是否涉及易燃液体
• C类火灾-火灾是否涉及易燃气体
• D类火灾-火灾是否与金属有关
• F类火灾-是涉及食用油的火灾吗?

总结

火由火焰、火花或热余烬等外部引燃源开始。这个外部点火源在氧气存在的情况下加热燃料。当燃料和氧气被加热时，分子活性增加。如果加热足够，燃料和氧气之间就会发生自我维持的化学链式反应或分子活动。这将继续加热过程，由此产生的连锁反应将升级，而不需要外部点火源。一旦发生点火，它将持续到:

1. 所有可用的燃料或氧化剂已被消耗，或
2. 燃料和/或氧气被移除，或者
3. 温度已经降得足够低了，或者
4. 被激发分子的数量显著减少，链式反应中断。

爆炸

一般来说，爆炸被定义为高压气体迅速释放到环境中。这种高压气体的快速释放所产生的能量以激波的形式消散。

爆炸可以分为物理(气球爆炸)，物理和/或化学(锅炉爆炸)，或气体/粒子混合物的化学反应。我们的讨论将集中于化学反应爆炸。

化学反应爆炸的过程类似于燃料和氧化剂在点火前混合的燃烧过程，如石油蒸汽或颗粒粉尘与空气混合。然而，在爆炸中，氧化过程以大大加速的速度进行。氧化过程通常(但不总是)被限制在一个容器内，如罐或粮仓，因此快速的高压上升与相关的火焰锋一起发生。一般来说，正是这种高压冲击波造成了爆炸的破坏性影响。

从着火点以低于声速传播的冲击波称为爆燃。超过声速的冲击波速度称为爆轰。

压力上升产生的6894.76帕斯卡的冲击波足以将人击倒。如果压力上升产生13789.52帕斯卡到20684.28帕斯卡的冲击波，这足以震碎一堵8到12英寸厚的混凝土墙。帕斯卡(Pa)等于1n /m2(1牛顿每平方米)。

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2011年4月1日[最后更新:2022年2月10日]