第一章
绪论

一、燃烧（火）与人类文明的关系

燃烧俗称火，火与人类文明是息息相关的，火的出现和利用，对人类在生理、生活和生产等方面的发展起到了巨大的推动作用。首先，因为利用了火，人们才吃上了熟食，改变了茹毛饮血的生活。其次，火的利用，极大地推动了科学技术的发展。最初，火被用于酿造、制陶；后来，火又被用于冶炼；到了 19 世纪，由燃烧提供动力的蒸汽机的发明和广泛使用，促进了近代工业和资本主义的发展；直到今天，现代科技高度发达，但不论是人们的衣食住行，还是工农业的发展，都离不开火。总之，人类文明是伴随着火的应用而发展的。

然而，世界上的一切事物都有两面性，火虽然给人类带来了文明，但燃烧一旦失去控制，又会给人类带来灾难。这种在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害叫做火灾。一般而言，社会越发展，物质越丰富，火灾发生的频率就越高，造成的损失就越大。近几年来，我国的火灾形势十分严峻。因此，在最大限度地利用燃烧为人类服务的同时，如何防止火灾的发生，以及如何迅速地扑灭已发生的火灾，就成为消防科技工作者的一个重要研究课题。

联合国“世界火灾统计中心”提供的资料显示，发生火灾的直接损失，美国不到 7 年翻一番，中国平均 12 年翻一番，日本平均 16 年翻一番。据不完全统计，近年来全球范围内，每年发生的火灾有 600 万~700 万起，死亡人数为 65 000~75 000 人。大多数国家的火灾直接损失占国民经济总产值的 0.2%以上。实际上，发生火灾后除了直接损失，还有相当大的间接经济损失、灭火费用及社会影响，而且有的损失和后果在短期内是看不出来的。表 1-1 为中国 2010—2020 年的火灾损失情况。

二、人类对燃烧现象的认识过程

早在远古时代，人类就开始用火了。然而，人类真正认识火的本质，科学地解释这一现象，则是从氧的发现开始的，至今已有两百多年的历史。在古代，人们在用火的同时，产生了许多有关火的传说，例如我国的五行说：“金、木、水、火、土”；古希腊的四元说：“水、土、火、气”；古印度的四大说：“地、水、火、风”等，其中都有火。在古人看来，火是万物之源，火能化育万物。但由于科学技术和生产力水平的限制，人们在那时不可能再进一步探究火的本质。到了近代，随着科学技术的发展和生产力水平的不断提高，火在工业技术中的应用日益广泛，如制陶、冶金等，这就使人们迫切地想要弄清火的本质，于是产生了种种对燃烧现象的解释。其中影响最深、流行时间最长的一种学说是欧洲的燃素说。

燃素说认为，火是由无数的微粒构成的物质实体，这种微粒就是燃素。按照燃素说，所有的可燃物质都含有燃素，并在燃烧时释放出来，变成灰烬；不含燃素的物质不能燃烧；物质燃烧之所以需要空气，是由于空气能够吸收燃素。燃素说曾解释过许多燃烧现象，并对科学的发展起过一定的积极作用，但燃素说毕竟是一种凭空臆造出来的学说，因此它不能解释全部的燃烧现象，也必定经不住实践的考验。燃素说在欧洲流行了一个多世纪，虽然许多人对它提出了怀疑，但谁也提不出更好的理论。直到 18 世纪下半叶，氧被发现后，燃烧的秘密才被揭开，从而彻底推翻了燃素说，建立了氧化学说。

1773 年和 1774 年，瑞典化学家舍勒与英国化学家普里斯特利分别在实验室中发现了氧。在此基础上，法国化学家拉瓦锡进行了大量的实验，通过对实验结果的归纳和分析，终于在人类历史上第一次提出了科学的燃烧学说——氧化学说。拉瓦锡于 1777 年 9 月综合了前五年间的研究成果，向巴黎科学院提交了一篇名为《燃烧概论》的论文，批判了燃素说的错误，全面、系统地阐述了新理论，即“燃烧的氧化学说”。其要点如下：

①物质燃烧时放出光和热。

②物质只有在氧存在时才能燃烧。

③空气由两种成分组成。物质在空气中燃烧时吸收了其中的氧，因而增重；燃烧后增加的质量恰等于吸收的氧气的质量。

④一般的可燃物质（非金属）燃烧后变为酸，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧元素。金属煅烧后变为煅灰即金属氧化物。

拉瓦锡关于燃烧的氧化学说终于让人们认清了燃烧的本质，并从此取代了燃素说，统一地解释了许多化学反应的实验事实，为化学发展奠定了重要的基础。现代化学表明，燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟现象。由此可见，燃烧的氧化学说距离现代燃烧学说只有一步之遥了。

19 世纪中叶，工业革命的成功促进了化学工业的蓬勃发展，分子学说的建立，使得人们开始使用热化学及热力学的方法来研究燃烧现象，相继发现了燃烧热、绝热燃烧温度、燃烧产物平衡成分等燃烧特性。20 世纪初期，苏联化学家谢苗诺夫和美国科学家刘易斯等发现燃烧具有分支链式反应的特点。20 世纪 20 年代，苏联科学家则利多维奇、弗兰克·卡梅涅茨基及美国的刘易斯等人又进一步发现燃烧过程是化学动力学与传热、传质等物理因素的相互作用的过程，并建立了着火和火焰传播理论。20 世纪中叶，科学家们在对预混火焰、扩散火焰、层流火焰及湍流火焰，还有液滴及碳颗粒的燃烧进行深入研究之后，才发现主导燃烧过程的不仅仅是化学动力学，流体动力学也是重要的影响因素之一。至此，燃烧理论初步完成。20 世纪 50~60 年代，航天航空技术的发展使燃烧基础的研究扩展到喷气发动机、火箭等问题中，美国力学家冯·卡门与中国科学家钱学森提出了使用连续介质力学方法来研究燃烧问题。另外，许多科学家运用黏性流体力学和边界层理论对层流燃烧、湍流燃烧、着火、灭火、火焰稳定和燃烧震荡等问题进行了定量分析，最终发展为“反应流体力学”。20 世纪后期，英国科学家斯堡尔汀等人用计算流体力学的方法来研究燃烧问题，将燃烧学、反应流体力学、计算流体力学和燃烧室工程设计有效地结合起来，开辟了研究燃烧理论及其应用的新途径。之后，激光技术和气体分析技术开始应用于直接测量燃烧过程中气体和颗粒的温度、速度、组分浓度等参数，而这些测量结果加深了人们对燃烧现象的认识。随后，燃烧基础开始与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等交叉渗透，将燃烧理论发展到了更高的阶段。燃烧基础的研究对科技、经济、军事发展均具有重要意义，而燃烧的发生、发展和熄灭规律的研究则对消防工程具有重要的指导意义。

三、消防燃烧学的研究对象

消防燃烧学是一门系统研究火灾发生、发展和熄灭规律，以及防火、防爆和灭火的一般原理的学科，其着重研究物质燃烧的本质、发生、发展和熄灭的基本规律，着火与灭火基本理论，可燃气体的燃烧，可燃液体的燃烧，可燃固体的燃烧以及防火、防爆和灭火的一般原理等内容。

四、消防燃烧学在消防学科中的地位和作用

消防燃烧学是消防工程专业的重要基础理论之一。它为消防各专业的基础理论与专业理论学习架起了一座桥梁，又为诸如建筑防火、工业企业防火、电气防火、核电站消防、灭火技术、火因鉴定等众多其他行业的防火、灭火提供燃烧理论基础。另外，燃烧理论与有关设计知识结合，可以为物质燃烧性能的评估提供理论依据；燃烧理论与有关管理知识结合，可以使消防管理工作更为系统、更为科学。因此，消防燃烧学对夯实消防工程相关专业的基础是非常重要的。

学习消防燃烧学，可以掌握各种物质的燃烧条件和规律，以防止火灾的发生。任何物质发生燃烧，都需要一定的外界条件并遵循一定的规律。只有具备这些条件，火灾才能按照一定的规律发生。研究认识这些燃烧规律，消除这些着火条件，就能防止火灾的发生；也能了解各种物质热爆炸的规律，以防爆炸事故的发生。无论可燃气体、可燃液体的蒸气，还是可燃粉尘，当它们与空气按一定比例混合后，遇火源均会发生爆炸，这种因燃烧引起的爆炸，习惯上称为“热爆炸”。可燃气与空气混合后，在一定条件下还会产生破坏性比爆炸更大的爆轰现象。爆炸和爆轰的发生都必须具备一定的条件，并遵循一定的规律。研究认识这些规律，在实际工作中消除某些相关条件，就能防止爆炸或爆轰的发生，还能掌握物质燃烧的规律和灭火条件，制订出最有效的灭火方案，尽快将火扑灭，使火灾损失减少到最小程度。

上述分析表明，火灾认识科学化和火灾防治工程化是当今消防科技的根本变革，消防燃烧学的基本理论已然成为消防安全管理、火灾扑救、防火灭火、火因鉴定等的应用基础，只有不断地发展和应用消防燃烧学，才能满足不断涌现的消防安全新需求。

五、消防燃烧学的特点

消防燃烧学是一门新兴学科。它是消防学科的基础理论部分，研究对象丰富，不仅研究不断扩充发展的燃烧反应的条件、防火灭火、火灾评估及火因鉴定等，还研究燃烧过程的复杂性，比如涉及从一间房、一栋楼到建筑群、森林、草原等较大空间的燃烧。

消防燃烧学是一门交叉学科。火灾燃烧是一个受多种物理和化学因素影响的复杂过程，例如，影响一般化学反应的因素，必然会影响燃烧这种特殊的化学反应；燃烧反应产生的热量要传递，热量的传递会引起温度场变化，而温度场变化又会对燃烧产生影响；可燃物、助燃物及产物在燃烧过程中的混合、扩散、流动都直接影响燃烧的进程。因此，消防燃烧学是在基础化学、化学动力学、化学热力学、传热传质学和流体力学等学科的结合点上发展起来的交叉学科。

消防燃烧学是一门实验性很强的学科。火灾燃烧的规律兼有确定性和随机性，研究的主要手段是针对其确定性的模拟研究和针对其随机性的统计分析以及二者的综合。因此，大规模实验技术、小规模模拟实验技术以及计算机模拟技术等在本学科的研究中得到了广泛应用。通过实验，可总结出很多燃烧或爆炸现象的规律和特性。

消防燃烧学是一门不断发展的学科。由于火灾燃烧的复杂性，消防燃烧学还很不完善，有的内容还处于一种描述性、半经验性的阶段，对于不少问题还只能给出定性的解释。但是，人类与火灾斗争实践的迫切需要，通过实践和实验积累资料的不断丰富，必将促进消防燃烧学这门学科的迅速发展。

思考题

结合最近几年发生的火灾案例，试说明“消防燃烧学基础”课程的重要性。 grLTRhJNmN+xbZUKri3RAu1FpTG6y7kiphr5gdIud7PQzdYiWNP1/JGzJxiGsmPG