基于数值模拟的大空间建筑火灾温度特性研究(4)
建筑火灾的第三阶段是一个特殊的阶段，名为轰燃阶段，它的基本条件是空间氧气充足、火源热释放率到达或者超过一个极限，但在以上情况下，仅当燃烧空间的几何形状参数，以及热源总的热释放率大小均在一个特殊的范围内时，建筑火灾进入轰燃阶段。
第四阶段是建筑火灾破坏力最强的一个阶段，根据火焰发展的形态称之为旺盛期。此时火源热释放率达到，且文持在一个极高的水平，室内的环境温度在整个火灾过程中达到最高，在此期间，火灾的发生需要极大量的氧气，少数情况下，建筑的通风情况能够使得室内氧气文持在一个高浓度的位置，此时火灾将继续保持在这样一个高强度的状态直到可燃物逐渐燃烧殆尽。但是大多数情况下，室内的氧气浓度不足以支撑这么高强度的燃烧，火势会因此减弱，此时若新鲜的空气从建筑的开口中突然吸入该空间时，可燃气体将再次猛烈燃烧，火焰将卷着烟气从开口中喷射而出，发生回燃现象。这就是艺术创作如电视剧、电影中消防员破门进入一个着火空间时，破门一刹那发生看似爆炸情况的理论基础。旺盛期所有着火空间内的可燃物将达到一个充分燃烧的阶段，这样的情况对建筑结构也将产生直接影响，往往结构垮塌就是发生在这个阶段。对于大空间建筑而言，往往钢结构受热后发生物理性能极速衰减，导致建筑整体失稳垮塌的时期即是在建筑火灾的旺盛时期。
第五阶段，即建筑火灾的最后阶段名为衰减期。这个阶段着火空间的可燃物已基本被燃烧充分，固态的可燃物以多孔碳直接燃烧的焦碳形式继续燃烧，气态的以及液态的燃烧物则基本被燃尽。此时室内温度将以一个非常稳定且缓慢的速度下降，燃烧活动持续减弱直至燃烧结束。一般来说，我们以室内温度下降至旺盛期最高温度的80%作为进入衰减期的标志[13]。
由以上五个阶段可以看出，建筑火灾是十分复杂，虽然我们一再强调影响其火势蔓延的最主要的条件是空间内氧气的含量以及可燃物的数量，但在实际的火灾中，由于空间形状的不同，所导致的空气流动、火焰扩散、燃烧产生的辐射作用等，从微观到宏观的各层次影响火灾的走势。其影响因素是复杂且多变的。
2.1.2室内火灾及影响因素
与开敞空间不同的室内火灾又被称为受限空间火灾。它的燃烧特性较之开敞空间燃烧特性有较大的区别，其原因在与它受到许多因素的作用，其中较为重要的即是火羽流以及顶棚射流。一般情况下，室内可燃物着火后，在可燃物上方将形成气相火焰，这种火焰可分为三个区域：最下面是连续火焰区，中间是间断火焰区，最上方是无火焰热烟气区。其中间断火焰区的最大特点是呈现间歇式震荡燃烧。在火灾燃烧中，火源上方的火焰及燃烧生成烟气流动通常称为火羽流。
图2 受限空间火灾示意图
上部的热烟气层的流动由浮力控制，一般称为浮力羽流，或称为烟羽流。在火源上方形成向上流动的火羽流，由于卷吸作用，羽流周围的空气被不断卷吸进来，与其中原有的烟气发生混杂，于是随着羽流的向上流动，它的总质量流量逐渐增加，平均温度和浓度则逐渐降低。当火羽流受到空间顶棚的阻挡后，就会沿着顶棚下方向四周水平扩散，这种流动的烟气层叫做顶棚射流。在它向外蔓延的过程中同样存在卷吸作用，也会卷吸下方的冷空气，但是它的卷吸能力要小于火羽流的卷吸能力。当顶棚射流向外扩散至空间壁面时，它就开始向下流动，然而此时烟气温度仍然较高，因此在下降不长的距离后它会立刻再次上浮，就造成空间的上方不断增加厚度的热烟气层，可以想象此时顶棚射流卷吸的已不再是冷空气而是热烟气，于是顶棚附近的烟气温度越来越高，烟气浓度也越来越大。
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