作者：中国消防协会学术工作委员会、中国人民武装警察部队学院消防工程系 编
出版社：化学工业出版社
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2016消防科技与工程学术会议论文集试读：
内容提要《2016消防科技与工程学术会议论文集》共收录了340篇论文，这些论文涵盖了火灾理论研究、火灾调查技术、建筑防火设计、建筑灭火设施、灭火剂与阻燃剂、灭火与救援技术、石油化工消防、消防规范研究、消防监督管理和消防性能化及其他共十一个领域。本书论文为消防工作者对实际消防问题进行精心提炼，上升到理论高度的真知灼见；有消防教学与科研单位历经多年潜心研究取得的高水平的研究成果。汇编的论文理论联系实际，内容翔实，观点鲜明，具有很高的学术水平和参考价值。《2016消防科技与工程学术会议论文集》对于从事消防及相关领域的工作者、科研人员和院校师生具有参考价值，对于需要了解我国消防科技与工程学术近年发展的读者也是十分有用的参考用书。版权页书名：2016消防科技与工程学术会议论文集作者：中国消防协会学术工作委员会，中国人民武装警察部队学院消防工程系编CIP号：第197556号ISBN：978-7-122-27869-2责任编辑：刘 丹 高 震 杜进祥出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）购书咨询：010-64518888售后服务：010-64518899网址：http://www.cip.com.cn版权所有 违者必究《2016消防科技与工程学术会议论文集》编 委 会主 任： 马金旗
副主任： 蒋军成 东靖飞 袁宏永 徐晓楠
委 员： （排名不分先后）
陈 南 黄金印 张金专前 言
为了促进消防专业人士的学术与工作交流，推动消防科技的发展，提高我国消防科技和消防工作的整体水平，由中国消防协会学术工作委员会和中国人民武装警察部队学院消防工程系联合主办了“2016消防科技与工程学术会议”。
经专家评审，本次会议论文集共收录了340篇论文，这些论文涵盖了火灾理论研究、火灾调查技术、建筑防火设计、建筑灭火设施、灭火剂与阻燃剂、灭火与救援技术、石油化工消防、消防规范研究、消防监督管理和消防性能化及其他十一个领域。在这些论文中，有些是消防工作者对实际消防问题进行精心提炼，上升到理论高度的真知灼见；有些是消防教学与科研单位历经多年潜心研究取得的高水平的研究成果。汇编的论文理论联系实际，内容翔实，观点鲜明，具有很高的学术水平和参考价值。
希望本次会议及其论文集能为促进消防科技发展和部队建设，推动我国消防科技事业的进一步发展发挥积极作用。
本次会议的筹办和举办得到了消防各界同仁的大力支持与参与，在此深表谢意。中国消防协会学术工作委员会中国人民武装警察部队学院消防工程系2016年7月一、火灾理论研究垂直防火隔离带对外保温材料火灾的阻火研究高 磊 李冬阳 刘今烁（中国人民武装警察部队学院研究生三队，河北 廊坊）
摘要：为评价垂直防火隔离带对外墙保温系统火灾的阻火作用，本文选取EPS作为保温材料和岩棉作为垂直防火隔离带，开展中尺寸试验研究，使用热电偶测量材料表面的温度并拍摄火灾图片。研究结果表明：垂直防火隔离带可以有效阻止外保温材料火灾的横向蔓延，减缓火灾向上蔓延的速度。
关键词：垂直防火隔离带；外保温材料；火灾向上蔓延；火灾横向蔓延1 引言
近年来，我国发生了多起外保温材料火灾。据统计，其中90%的[1]火灾发生在施工过程中。施工期间，保温材料处于裸露状态，唯一[2]的防火保护措施就是防火隔离带。《建筑防火设计规范》对水平隔[3][4]离带的设置及要求做出了规定。然而刘幸娜和张苗的研究结果均指出：对于裸露的外保温材料，水平隔离带的阻火效果具有很大局限性和不足，并且水平隔离带只能有效抑制火灾发展初期的火焰蔓延和增长。针对目前外保温系统的火灾现状，本文通过中尺寸实验探究了垂直防火隔离带对外墙外保温系统火灾的阻火作用，为垂直隔离带的设计和规定以及其他壁面火蔓延阻隔措施的研究提供一定的理论基础和参考。2 实验研究部分
2.1 实验平台
实验平台由铁制框架、模拟墙体、外保温材料、垂直防火隔离带和热电偶构成。铁制框架尺寸为100cm×260cm，模拟墙体为耐火石膏板，尺寸为120cm×260cm，厚度为1cm。将耐火石膏板竖直安装在铁制框架上，使用螺栓将保温材料和垂直防火隔离带固定在模拟墙体上。铁制框架的底座是一个尺寸为120cm×70cm的铁池槽，用于承接外保温材料燃烧时产生的熔融滴落物，以防止池火流淌，确保实验安全。实验平台设计图如图1所示。在模拟墙体上设置了3列K型铠装热电偶，每列热电偶包括6个热电偶，分别设置在模拟外墙的垂直中心线上和紧贴垂直防火隔离带外侧处，共测量外保温材料表面18个点的温度变化。由于模拟墙面的下半部分为火灾发展初期，火焰相对较小，设置热电偶的意义不大，因此本实验在垂直方向上，从115cm高度处开始，每个测量点相距25cm。其中，未设置垂直防火隔离带的空白实验的热电偶分布情况与垂直防火隔离带设置间距为60cm，宽度为5cm时的相同。热电偶分布具体位置如图2所示。实验所用火源为丁烷气喷枪，每次持续点火时间为10s。点火位置设于模拟外墙垂直中心线的底部。图1 实验平台设计图1—耐火石膏板；2—热电偶；3—外保温材料；4—垂直防火隔离带；5—实验台支架；6—铁皮池；7—热电偶数据采集仪图2 热电偶分布位置示意图
对热电偶进行编号：三列测量点，从左至右，依次定义为左侧、中间和右侧，规定每列测量点的顺序为从上至下，即分别命名左侧、中间和右侧的第一个点为L1、M1和R1，其他测量点按此依次命名。
2.2 实验方案及工况（1）空白实验：在模拟墙体表面安装尺寸为1m×2.4m的外保温材料区域，保温材料区域内不设置任何隔离带。（2）垂直防火隔离带实验：在保温材料区域内设置两个垂直防火隔离带，改变垂直防火隔离带的设置间距。
具体实验工况见表1。表1 实验工况表
对不同工况的实验进行命名：未设置垂直防火隔离带的实验命名为“空白实验”；设置垂直防火隔离带的实验以垂直防火隔离带设置间距和宽度共同命名，如垂直防火隔离带设置间距为60cm，宽度为5cm的实验命名为“60-5cm”，其他工况实验按此依次命名。3 实验分析
3.1 垂直防火隔离带对火灾横向蔓延的影响
在空白实验中，EPS在被引燃之后，火灾逐渐从下向上、从中间向两侧发生蔓延。并且，EPS在燃烧的同时发生熔化滴落现象。在点火200s后，整个模拟墙面全部过火，所有EPS均发生燃烧，露出了模拟墙体。而对于设置垂直防火隔离带的EPS外保温墙面，实验中发现，保温材料被引燃后，在向两侧蔓延的过程中，当火灾燃烧至垂直防火隔离带处时，火焰无法越过垂直防火隔离带，从而无法继续向两侧蔓延。火灾向上蔓延过程中，部分燃烧滴落物会出现粘连在墙面或垂直防火隔离带边缘上的现象，并持续燃烧，直至再次滴落或燃尽熄灭。燃烧结束后，所有实验工况的中间区域的EPS全部燃烧，而隔离带两侧的保温材料未发生燃烧滴落现象。由于垂直防火隔离带阻断了火焰与两侧保温材料的直接接触，导致两侧的EPS无法被引燃，从而阻止了火灾的蔓延。根据垂直防火隔离带宽度的不同，两侧区域临近垂直防火隔离带部位出现了不同程度的熔化现象。图3显示了不同工况下点火200s时的火灾蔓延情况。图3 点火200s时火灾蔓延情况图
对各个工况条件下的火灾横向蔓延情况及垂直防火隔离带的阻火效果进行了统计，其结果如表2所示。表2 不同工况条件下垂直防火隔离带阻火效果统计表
由实验现象和阻火情况统计结果可知，在本文的实验尺寸条件下，对于不同设置间距，5cm宽的垂直隔离带均可以阻止火焰横向传播，可见，垂直防火隔离带对外保温系统的阻火作用明显。
3.2 垂直防火隔离带对热量水平传播的影响
图4～图7分别给出了空白实验、垂直防火隔离带宽度为5cm，不同设置间距时中心线以及两侧的温度曲线图。从图中可以看出，在空白实验中，两侧各点的最高温度与中心线上相对应点的最高温度相近，均超过400℃。这是由于火焰在竖直向上传播的同时，也向两侧蔓延，整个模拟墙面全部过火。而在其他3种设置5cm宽垂直防火隔离带的实验中，两侧各点温度峰值均远低于中心线上各点温度峰值，温差约达到300℃。说明垂直防火隔离带成功阻止了火灾的横向蔓延，有效抑制了热量在水平方向上的传播，但受热辐射和热对流的影响，两侧温度有轻微上升，但并未达到EPS的着火点，所以随着保温材料的燃尽，温度逐渐降低。图4 空白实验中心线以及两侧的温度曲线图5 30-5cm工况中心线以及两侧的温度曲线图6 60-5cm工况中心线以及两侧的温度曲线图7 90-5cm工况中心线以及两侧的温度曲线
为了更清晰地对比分析垂直防火隔离带对热量水平传播的影响，表3给出了上述4种工况实验过程中的中心线和两侧的最大温度值。通过计算两者差值可以粗略求出阻热率，如表中数值所示。可以看出，设有垂直防火隔离带时中心线与两侧峰值温度差远大于空白实验中的差值。可见，垂直防火隔离带能够有效抑制热量在水平方向上的传播。此外，还可以发现，在垂直防火隔离带宽度相同时，垂直防火隔离带的设置间距越小，中心线与两侧最大温度差值越大，垂直防火隔离带的阻热率越大。说明垂直防火隔离带的设置间距越小，其作用越显著。表3 不同工况条件下中心线和两侧最大温度值
3.3 垂直防火隔离带对火灾向上蔓延的影响
通过观察前面曲线可以知道，中心线上M2点的温度普遍稍高于其他测量点。因此选取M2点作为研究对象，对比分析垂直防火隔离带对火灾竖直向上蔓延的影响。图8为空白实验和垂直防火隔离带宽度为5cm时，不同间距条件下M2点的图8 隔离带宽度为5cm时不同间距条件下M2点温度曲线
温度变化曲线图。可以看出，空白实验中M2点的温度峰值比设置垂直防火隔离带时的大，并且峰值出现的时间更快。还可以发现，在设置相同宽度垂直防火隔离带的条件下，其设置间距越大，M2点的温度峰值越大，且峰值出现的时间越早。说明火焰竖直向上蔓延受垂直防火隔离带设置间距的影响。设置间距越大，即燃烧宽度越大，燃烧过程中火焰越宽，中心线上的火焰越厚，火焰温度越高，热释放[5]速率越大，火焰向上蔓延速度越快。这与Kuang-Chung Tsai在研究宽度对火焰向上蔓延的影响时所得结果相一致。4 结论
本文通过研究垂直防火隔离带对外保温材料火灾的阻火作用，得到了以下主要结论。（1）实验结果表明，在当前实验尺寸条件下，5cm宽的垂直防火隔离带可以阻止火焰在水平方向上的蔓延。（2）垂直防火隔离带对热量水平传播的抑制作用受其设置间距的影响。设置间距越小，垂直防火隔离带对热量水平传播的阻碍作用越强。（3）垂直防火隔离带的设置间距对火灾的竖直向上蔓延有影响。垂直防火隔离带的设置间距决定着燃烧宽度，设置间距越大，燃烧宽度就越大，燃烧过程中火焰就越宽，中心线上的火焰就越厚，火焰温度就越高，热释放速率就越大，火焰向上蔓延速度就会越快。
参考文献
[1] 朱春玲. 我国外墙外保温防火技术研究进展[J]. 墙材革新与建筑节能，2014，1：53-56.
[2] GB 50016—2014[S].
[3] 刘幸娜. 热塑性外保温材料火灾特性研究[D]. 北京：中国人民武装警察部队学院，2013.
[4] 张苗. 建筑幕墙外保温系统火灾蔓延特性及其防火措施研究[D]. 北京：中国人民武装警察部队学院，2012.
[5] K.-C. Tsai. Width effect on upward flame spresd[J]. Fire Safety Journal 44（2009）：962-967.油品燃烧火焰光谱特性实验研究杜 威 陈德健（中国人民武装警察部队学院研究生三队，河北 廊坊）
摘要：基于发射光谱分析的原理，通过分析小尺寸试验中得到的6种油品的燃烧火焰光谱数据，使用提出的光谱特征分析方法，包括对光谱密度、平均单色辐射光强和偏差、波段辐射能量及偏差、偏度和峰度的计算方法，并对6种油品的燃烧火焰发射光谱进行对比分析，分析得到的光谱特征可作为检测油品燃烧火焰的判据。
关键词：消防；火焰光谱；光谱特性；特征波长1 引言
油料火灾是一类危害巨大的安全事故，其燃烧特性的研究是针对此类火灾发展趋势预测及预防的前提，目前针对油料火灾的燃烧速度、火焰高度、温度及闪烁频率进行了实验和理论研究，但在油料火灾的预警上还存在着反应不灵敏，识别准确率不高的问题。火焰光谱是燃烧中间产物自由基离子在高温受激状态下的电磁辐射，光谱强度是火焰在整个波段范围内的辐射强度分布。鉴于光谱辐射速度快的特性，将其应用于油料火灾的预警消防将取得良好效果。[1]
对火焰光谱的研究始于19世纪，Gaydon对碳氢火焰、CO火焰、有机火焰以及爆炸火焰等多种火焰发光自由基离子的光谱组成进行了[2]综述；Zizak对氢以及碳氢预混火焰在紫外和可见光区域的发射光[3]谱特性进行了研究；Bernard对CO、烃在空气中的燃烧火焰光谱进[4]行研究；刘暄亚等利用中阶梯光栅光谱仪对水雾作用下甲烷/空气[5]＃预混火焰的光谱特性进行了实验研究；冯军等对0柴油和航空煤油光谱特征进行研究。针对油料光谱特性的研究仍比较少。
本文使用英国产Newton Andor SR500-i型号的光栅光谱仪及其配＃＃＃＃套的软件操作系统对0柴油、–10柴油、–35柴油、70汽油、93＃汽油及航空煤油的光谱进行采集并进行对比分析。2 实验部分
2.1 实验装置
实验所用光谱数据采集系统使用英国产Newton Andor SR500-i型号的光栅光谱仪及其配套的软件操作系统，如图1所示。在光谱采集时使用Andor SOLIS软件中提供的动态采集模式（kinetic mode），采集宽度约为350nm，为提高光谱仪数据数据采集的速度，采用Crop mode模块，确定分辨率为1024×36，曝光时间确定为0.001s，拍摄频率固定为1000Hz。图1 光栅光谱仪及软件操作界面
光谱仪工作原理如图2所示。光源H发出的光经由光纤探头L，1通过入射狭缝S进入准直系统L，使狭缝发出的光线变为平行光。准2直系统可以是一独立的透镜或反射镜，也可直接集成在色散元件上。平行光经过色散系统G，通过光栅使光信号在空间上按波长分散成为单色光。单色光经由成像系统L聚焦在焦平面上形成一系列入射狭缝3的像，其中每一像点对应一特定波长。最后经由焦平面上的CCD，测量各波长像点的光强度，呈现在探测显示系统PM上，并由数据处理系统对光谱数据进行分析处理。图2 光谱仪工作原理
油料燃烧过程中，产生的热能使生成的中间产物分子、原子和自由基的外围电子处于激发状态，从低能级跃迁至高能级。处于高能级的原子和分子以及离子基团非常不稳定（激发状态可存在的时间为–810s），会自发地回到基态，在向较低能级跃迁时会发射一定波长的光子，将多余的能量发射出去形成光谱。
2.2 实验方案及数据处理
使用光谱仪将准直透镜固定在三脚架上，对150mm油盘直径的#####0柴油、–10柴油、–35柴油、70汽油、93汽油、航空煤油6种油品的燃烧火焰光谱进行采集，由于光谱仪性能的限制，200～1200nm波段的光谱数据分三次进行采集，采集波段分别为200～550nm、550～900nm和900～1200nm。实验过程中光谱仪采集数据使用去除背景模式counts（BG-corrected），在每次实验前均采集背景光谱，消减因背景光线的波动对实验造成的误差。每个实验工况均进行3次重复性实验减小误差对实验数据的影响。3 火焰光谱特征分析方法
3.1 频域光谱分析方法
频域光谱是对某一特定时刻目标光强跟随波长变化的情况，描述瞬时光强在各个波长处的分布情况。（1）导数光谱—光谱密度。对频域光谱图求导即为光谱密度，它反映了爆炸火焰及相关光源的光强在各个波长处分布的密集程度，其计算公式为：（1）
式中，ρ为光谱密度；I为波长λ处的光谱强度。λ（2）波段辐射强度。反映了发射光源在任意波段内的辐射能力，计算公式为：（2）
式中，I为波段辐射光强度，λ为光谱波长；n为所求波段数据i数。（3）波段平均单色辐射光强及偏差。对频域光谱任意波段求平均即为波段平均单色辐射光强，其计算公式如下：（3）
式中，为平均单色辐射光强；I为波段辐射光强度；λ、λ为起12止波长。
而波段单色辐射光强与平均值的偏离程度即为偏差值，计算公式如下：（4）
式中，为偏差值；n为所求数据个数。
3.2 时域光谱分析方法
时域光谱图是某个固定波长或某个固定波段处辐射光功率随时间变化的情况。（1）波段辐射能量E。反映了从t到t时间段内单位球面度的辐t12射能量值，其计算公式如下：（5）
式中，E为波段辐射能量；I为t时刻单位球面度的辐射能量值；t、t1t为起止时刻。2（2）时间段平均及偏差。对时域光谱求时间段平均即为时间段平均，描述了该时间段内的平均辐射光功率，计算公式如下：（6）
偏差反映了在该时间段内辐射光功率与平均值的偏离程度，从整体上描述了光功率的动态变化范围，计算公式如下：（7）
式中，为时间段平均；D为偏差。t
3.3 特性参数分析方法
采用数学统计的方法对光谱特性参数偏度和峰度进行分析。（1）偏度。反映谱线相对于均值的对称性，其计算公式如下：（8）（2）峰度。反映了峰值峭度，该值大小反映了对探测器各项参数的要求，该值越大对探测器各项参数的要求越高，其计算公式如下：（9）
式中，p是峰度；I是波段辐射功率；σ是标准差。i
4 油品光谱燃烧火焰特征
4.1 频域光谱分析
选取6种油品燃烧过程中光谱特征较为明显的火焰发射光谱作为分析对象，对其频域光谱进行分析，光谱密度如图3所示。
由图3可以看出，6种油品燃烧火焰的光谱密度变化规律类似。6种油品燃烧火焰的光谱密度变化规律类似。在200～550nm波段范围内，6种油品均在516.2nm处光谱密度发生突变，由正向负转变；在550～900nm波长范围内，6种油品燃烧火焰光谱密度均在588～589nm、765～ 766nm、769～770nm内由正向负转换，且变化最为剧烈；在900～1200nm波长范围内，6种油品燃烧火焰的发射光谱均在927～928nm范围内出现光谱密度的突变，且在950～975nm范围内有较为明显的波动。图3 6种油品火焰光谱密度
6种油品的平均单色辐射光强偏差值如图4所示。可以看出，其平均单色辐射光强偏差值的规律基本一致，200～ 550nm波段内主要在430nm之后的波段范围内表现出较为明显的偏差，其中又以430.6nm和516.2nm处的偏离程度最为明显，在550～900nm波段范围内均为总体由负偏差向正偏差的转变，在此过程中存在3个特征波长处偏差最为明显，分别为588.4nm、766.0nm和769.5nm，在900～1200nm波段内表现为同一趋势，且在927.9nm处偏离程度相较其他波长处较为明显。图4 6种油品平均单色辐射光强偏差
4.2 时域光谱分析
对6种油品的火焰信号进行时域分析，选取油品燃烧过程中一次火焰闪烁频率内约20ms的光谱数据进行分析，结果如图5和图6所示。图5 6种油品燃烧火焰波段辐射能量
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