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沉默的火患：阴燃火灾的隐蔽威胁与数值模拟研究进展
在火灾防治领域，“明火”往往是受人们关注的威胁—它来势汹汹、视觉冲击强烈，触发警报与扑救反应的速度极快。但还有一种火灾，像“慢火炖肉”般悄然蔓延，初期仅有微弱温升与浓重烟雾，却能在数小时和数天内持续释放危险，可能引发轰燃或结构坍塌。它就是阴燃火灾（Smoldering Fire）。
阴燃（Smoldering Combustion）作为固体可燃物特有的无焰燃烧模式，其隐蔽性、持久性及高风险转化特性（如轰燃或结构失效），使其成为建筑火灾防控的“灰色地带”。相较于明火燃烧（Flaming Combustion），阴燃的动力学过程涉及复杂的热质传递与化学反应耦合，其机理研究与模拟技术长期面临挑战。本文结合燃烧学经典理论、实验验证及国产数值模拟平台“祝融FDS”的技术突破，系统解析阴燃火灾的科学本质与防控新路径。
一、阴燃：被忽视的火灾“隐形形态”
阴燃是一种无火焰的低温氧化燃烧过程，常见于多孔、高含碳的固体可燃物中，如木材、纸张、棉麻织物、聚氨酯泡沫及煤炭等。与明火的“剧烈氧化”不同，阴燃的核心是缺氧环境下的热解-燃烧链式反应：可燃物在热量积累下发生热分解（热解），释放出一氧化碳、甲烷等可燃挥发分；但由于氧气供应不足或挥发分浓度未达燃点，这些气体无法被点燃，热量转而维持可燃物自身的低温（通常200-600℃）氧化反应，形成“自我维持”的燃烧状态。
1.1 阴燃的本质：热解-燃烧的链式自维持过程
阴燃的核心是缺氧环境下固体燃料的热解-氧化耦合反应。根据经典燃烧学理论（Drysdale, 2011），其微观过程可分解为三步：
1.热解（Pyrolysis）：燃料在热量输入下发生分子键断裂，生成挥发分（Volatile Matter, VM）与固体残炭（Char）。反应遵循阿伦尼乌斯方程：
2.挥发分析出与输运：生成的VM（如CO、CH₄、焦油蒸气）通过孔隙扩散到燃料表面或外部环境，其输运受菲克定律（Fick’s Law）支配，扩散通量与浓度梯度成正比。
3.氧化反应：在氧气充足区域（如燃料表面或近场），VM与O₂发生异相燃烧（Char燃烧）或均相燃烧（VM燃烧）；缺氧区域则以低温氧化为主（如Char的缓慢氧化放热）。
1.2 阴燃的三大“生存法则”
1.燃料特性：多孔结构是关键—孔隙既提供氧气扩散通道，又阻碍热量快速散失。例如，松木的多孔性使其阴燃速率可达0.5-2mm/h，而致密的金属则不会阴燃。
2.氧气条件：空气供给受限（如密闭房间、堆积物内部）是阴燃的“温床”。实验显示，当氧气浓度低于16%时，木材明火熄灭，但阴燃仍可维持；若浓度进一步降为8%，阴燃才会终止。
3.热量积累：阴燃的“自供热”特性使其能突破环境散热限制。一块厚度50cm的湿木堆，初始阴燃需3-5小时积累足够热量，之后即使移除外部热源，仍可继续燃烧数天。
二、从“经验判断”到“数字孪生”
传统阴燃研究依赖小尺度实验（如锥形量热仪测试），但实际场景中，建筑结构、通风条件、材料堆垛方式等因素会极大改变阴燃行为。例如，同样的棉织物堆垛，在通风良好的仓库与密闭地下室中的阴燃速率可能相差10倍。此时，火灾数值模拟成为关键工具——通过建立物理数学模型，复现阴燃从孕育到发展的全链条，为防控提供科学依据。
全球广泛使用的火灾动力学模拟软件FDS（Fire Dynamics Simulator），其底层逻辑正是基于计算流体力学（CFD）与燃烧反应动力学。简单来说，FDS将空间划分为百万个微元网格，每个网格同步计算：
- 流体力学：空气受热上升形成的热烟气层流动轨迹；
- 热传递：固体表面的热传导、辐射与对流；
- 化学反应：可燃物的热解速率（如木材的Pyrolysis模型）、挥发分的着火条件（如Zeldovich NOx生成机理）。
三、科技赋能，让“隐形火灾”无处遁形
阴燃火灾的防治，本质是对“时间”与“细节”的争夺—早一刻识别风险，就能多一份安心。祝融FDS等国产模拟软件的应用，不仅将阴燃研究从“实验室”推向“现场”，更通过数字化手段，为应急管理注入了“先知先觉”的智慧。未来，随着材料科学、人工智能与火灾模拟的深度融合，我们有望实现从“被动灭火”到“主动控燃”的跨越，让每一场“温柔的危机”都消弭于无形。
若您想下载祝融FDS，请访问祝融FDS试用下载页面。如果您有其他问题，请联系info@zhixinglab.com。
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