來了，火場煙氣為什么可燃「下」
關(guān)于火場的煙氣為什么可燃，上半部分我們介紹了燃燒極限的概念，今天告訴大家，為什么霧狀水能夠有效冷卻煙氣，阻斷火災(zāi)發(fā)展，達(dá)到滅火效果。
二、熱阻斷
我們再看看上一篇文章的不同圖形快看，為什么火場的煙氣可燃？，我們會發(fā)現(xiàn)，不參與燃燒過程的天然氣氣體的量越來越多。這些氣體扮演者抑制劑的作用，本身不貢獻(xiàn)能量，但它們卻需要活化能來加熱。
這意味著點燃混合氣體需要更多的活化能。接下來，他們需要化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量繼續(xù)加熱，這直接導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物溫度較低。
這種效果也被描述為熱阻斷。不參與化學(xué)反應(yīng)的分子像反應(yīng)過程中的抑制劑。他們使燃燒越來越難持續(xù)。當(dāng)有足夠的抑制劑時，燃燒就不可能繼續(xù)了。
熱阻斷是消防中的一個重要概念。文章前半部分沒有提到的例子就是在燃燒中加入水蒸汽。
當(dāng)消防員開始內(nèi)攻時，他們必須要冷卻氣體。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，水滴以霧狀的形式噴射到煙氣層，水滴會從煙氣層中吸收能量，然后形成水蒸汽。
水蒸汽能與煙氣混合形成新的氣體，這意味著在前面圖的虛線右側(cè)需要額外繪制一個矩形。水蒸汽不參與反應(yīng)過程，但它會吸收部分活化能和部分反應(yīng)產(chǎn)生的能量。通過將水蒸汽混入混合氣中，混合氣會變成不燃的。
實際上，熱阻斷在燃燒過程中會吸收熱量。所有那些不參與燃燒的分子吸收的熱量，都被“損耗”掉了。看看產(chǎn)生的能量走向是很有趣的。
在火場或燃燒反應(yīng)（如蠟燭火焰）中，燃燒發(fā)生的位置就是能量產(chǎn)生的確切位置。而且，這些能量會通過傳導(dǎo)、對流和熱輻射傳播。當(dāng)太多的能量從反應(yīng)區(qū)消失時，燃燒就會停止。
這種效應(yīng)可以通過蠟燭來研究，蠟燭燃燒有層流擴(kuò)散火焰，這意味著氧氣和燃?xì)獠粩嗟卦诨鹧姹砻嫔匣旌?。這也意味著火焰的頂端被火焰底部產(chǎn)生的能量“點燃”了。
將一塊金屬網(wǎng)放在火焰中間時，火焰就被切斷了。這是因為金屬網(wǎng)吸收了火焰的熱能，改變了火焰的方向?？扇?xì)怏w繼續(xù)透過金屬網(wǎng)的網(wǎng)眼上升，但其熱量被轉(zhuǎn)移到了金屬網(wǎng)上。然后，金屬網(wǎng)會把熱量傳遞到周圍的環(huán)境。
在金屬網(wǎng)的上方，仍然有氧氣和燃料的混合氣體，但是沒有足夠的能量點燃混合氣體。由于能量被帶走，火焰不能繼續(xù)燃燒的現(xiàn)象，被稱為冷卻滅火。
在室內(nèi)火災(zāi)中，當(dāng)消防員將水滴噴射到火焰中時，這種效應(yīng)以第二種方式呈現(xiàn)。每一個水滴都能吸收一定量的能量。當(dāng)兩個水滴彼此靠近時，會吸收更多的能量，以至于火焰很難通過水滴。
穿透火焰運動的水滴就像穿透蠟燭火焰的金屬網(wǎng)。霧狀水滴能有效冷卻火焰。反過來說，熱阻斷也有這樣的效果。
圖4解釋了甲烷在空氣中的燃燒。兩種氣體被點燃時都處于室溫，活化能需要把氣體加熱到一個特定的溫度才能開始發(fā)生反應(yīng)。
在上面的文字中，甲烷被用來說明煙氣的可燃性。在室溫下很少有煙。煙氣的溫度取決于火場的熱釋放速率。當(dāng)熱煙氣上升，離開火場并與空氣混合時會使煙冷卻下來。
圖6顯示了甲烷和空氣的理想燃燒狀態(tài)。與圖4相反，可燃?xì)夂涂諝獾幕旌蠚怏w溫度高于室溫。混合氣體的溫度是200°C。當(dāng)圖6和圖4比較時，我們看到圖6需要更少的活化能，橙色矩形的面積變小。
最重要的是，反應(yīng)產(chǎn)物的溫度比圖4將高出180°C。畢竟，燃燒過程中仍會產(chǎn)生等量的能量。由于初始溫度比圖4高180°C，最終溫度也將高180°C。圖6中的綠色和紅色矩形在軸上比圖4中的溫度更高，即T4 > T2。 具有較高初始溫度的混合氣體的另一個重要特征是，燃燒范圍擴(kuò)大了，所需活化能減少了。
圖6闡釋了甲烷在空氣中的理想燃燒狀態(tài)。
這兩種物質(zhì)的初始溫度為200°C，這意味著所需的活化能將小于在室溫下點燃混合氣體所需的活化能。活化能由橙色矩形表示，其面積比圖4小。
（Karel Lambert繪制）
圖7甲烷的爆炸極限擴(kuò)展與溫度的關(guān)系。
A點的混合氣體是不燃的。當(dāng)混合氣體從20°C加熱到200°C時，變成B點， B點在可燃范圍內(nèi)。
（Karel Lambert繪制）
在上面的段落中，我們解釋了某些混合氣體不能再被點燃，是因為燃燒不能為其他分子提供足夠的活化能。混合氣體在20°C不能被點燃，是因為所需的活化能比燃燒產(chǎn)生的能量更高。但混合氣體在200°C可以被點燃。
在兩種溫度下反應(yīng)所產(chǎn)生的能量保持不變，而200°C時所需的點火能更少。這意味著當(dāng)溫度升高時可燃范圍會擴(kuò)大。
這在滅火救援中尤其重要。畢竟，消防員通常在極高的溫度下工作。圖7顯示，當(dāng)混合氣體溫度為20°C時，甲烷濃度大于15%的混合氣體（A點）是不燃的。當(dāng)混合氣體被加熱后，它在某個點會變成易燃。我們可以清楚地看到B點在可燃范圍內(nèi)，而A點在可燃范圍外，兩者唯一的區(qū)別是溫度不同。
最后，我們需要強調(diào)的是，上面的段落是對現(xiàn)實情況的簡化表述。之所以使用甲烷來描述，是因為甲烷是易于理解的替代物。最重要的是，甲烷是居民廚房用來做飯的氣體。每個人都知道天然氣。
在火災(zāi)中，可燃混合氣體不是由甲烷和空氣形成的，混合氣體由可燃?xì)狻峤鈿怏w與空氣混合而成。火場可燃?xì)怏w是由除了二氧化碳和水以外的其他許多不同的成分組成。比如一氧化碳、氰化氫等可燃?xì)怏w以及其他可燃?xì)怏w都會在火場生成。每種氣體都有自己的可燃范圍和燃點。
最重要的是，火場還產(chǎn)生了大量的熱解氣體，這些氣體的量就越多，燃燒的空氣就越少。熱解氣體的性質(zhì)不同于甲烷和各種可燃?xì)怏w。
因此，在實戰(zhàn)中，現(xiàn)實情況比上面描述的要復(fù)雜得多。不過，用甲烷的簡單例子足以解釋燃燒極限。
反過來，這些極限對于快速判斷像回燃、閃燃和煙氣爆炸這樣的火災(zāi)過程是很重要的。這就是值得消防隊員更深入地研究爆炸極限的原因。