气液流量对低压双流体细水雾雾场特性的影响

由于对民机货舱中不同气液流量的低压双流体细水雾研究较少,且对单个喷头雾通量和雾动量的定量、定性分析不够完善,还需设计开展实验进行更深入的研究。参考美国联邦航空管理局（简称“FAA”）制定的相关标准,设计并搭建飞机货舱低压双流体细水雾实验平台,主要包括FAA全尺寸飞机货舱、低压双流体细水雾系统。采用的喷头与常规的喷头有所不同,喷出的细水雾是一个圆形平面,具有优良的弥散性和滞空性。实验中采用马尔文粒径分析仪结合Spraytec软件测量不同气液流量下的细水雾雾滴粒径,发现当气体流量从250 L/min增加至350 L/min、液体流量保持0.5 L/min不变时,细水雾雾滴粒径从130 μm降低至95 μm;当液体流量分别为0.75 L/min和1.0 L/min时,粒径大小分别从161 μm降至110 μm,从201 μm降至142 μm。根据美国防火协会的标准,采用量杯收集法测量得到不同气液流量下的雾通量,发现单独增加气体流量或液体流量,其雾通量都会增加。当气体流量为350 L/min、液体流量为1.0 L/min时,雾通量达到最大值,为0.255 L/（min·m2）。利用粒子图像测速仪的高速摄像机拍摄喷雾照片,测量雾滴速度,结果显示,在3种不同的液体流量工况下,随着气体流量从250 L/min增加至350 L/min,对应的雾滴速度均近似以0.04的增长率上升,最小值为8.5 m/s,最大值为16.0 m/s。在假设细水雾雾滴形状为球状时,雾动量关系式由雾滴质量与速度的乘积得到。选取雾滴速度最大值代入公式,得到单个雾滴在不同气液流量下的雾动量变化曲线,发现当气体流量为250 L/min、液体流量为1.0 L/min时,单个雾滴动量达到最大值,为3.6×10-8 kg·m/s。通过实验研究不同气液流量对低压双流体细水雾雾场特性的影响,得出以下结论：当液体流量不变,气体流量从250 L/min以25 L/min的变化率增加至350 L/min时,雾滴粒径和雾动量逐渐减小,而雾滴速度和雾通量逐渐增加;当气体流量不变,液体流量从0.5 L/min以0.25 L/min的变化率增加至1.0 L/min时,雾滴粒径、雾动量和雾通量均逐渐增大,而雾滴速度逐渐减小。对于单个雾滴,雾动量取决于雾滴粒径的大小;而对于喷头喷出的所有雾滴,雾滴速度决定了整体雾动量的大小。今后课题将进行细水雾灭火实验,探究达到最佳灭火效果的气液流量。结论可用于飞机货舱细水雾灭火系统的设计与改进,为飞机防火系统一些参数的设置提供了实验和理论基础。     

不同工况下细水雾灭火效能影响的数值模拟

采用FDS对单室火灾中细水雾与火焰相互作用过程进行数值模拟分析,探讨细水雾与火焰相互作用过程中不同区域的细水雾灭火机理,分析粒径分布、速度和雾化角度对细水雾灭火产生的影响.模拟结果表明:在细水雾与火焰相互作用过程中粒径分布对灭火效能影响显著;细水雾在粒径小于100 μm时不能实现有效灭火;当粒径为200～400 μm时细水雾能有效抑制火焰发展并熄灭火源;在细水雾灭火机理中,相对于气相冷却和隔氧窒息,细水雾的表面冷却作用起到主导作用;细水雾喷射速度对灭火效果影响较大,细水雾动量不小于火羽流动量是火灾发展得到有效控制的重要前提;细水雾有效雾通量随着雾化角度增大而逐渐减小,雾化角度增大不利于细水雾灭火效能提高.     

细水雾幕阻挡隧道火灾烟气蔓延效应分析

采用Pyrosim建立细水雾幕及地铁隧道火灾模型,采用FDS数值模拟软件,研究细水雾幕参数(流量、粒径)对隧道烟气、温度、能见度的影响。结果表明:细水雾幕作为挡烟屏障可以有效抑制烟气的蔓延;粒径相同,当流量增大时,阻挡效果更好;流量相同,粒径越小,汽化速率越快,降温效果越好,可以有效地提高能见度;当细水雾幕流量为8 L/min时降温效率最高,效果更好;当粒径为100μm时阻碍烟气蔓延效果最明显。     

细水雾在铁路隧道救援站的应用研究

为研究细水雾在铁路救援站内的灭火特性,在30 m×6 m×6 m的铁路救援站模型布置了细水雾灭火系统,开展火灾试验。在轮胎火工况下,分别在不同细水雾喷头高度的情况下,对管网末端压力、隧道内细水雾颗粒粒径分布以及细水雾的灭火效果进行试验。结果表明,管网高度对管网末端压力和细水雾颗粒粒径影响较小;压力越大,流量越大,细水雾浓度越大;细水雾能有效抑制轮胎火。     

通风与细水雾耦合灭火机理实验研究

分析细水雾与火灾的传热机制。在尺寸为6.0 m×1.5 m×2.0 m的隧道模型中部放置0.25 m×0.20 m×0.05 m的油盆,进行柴油池火灭火实验,分析排烟模式、工作压力、通风风速对细水雾灭火的影响。结果表明,细水雾+顶部排烟耦合系统的灭火时间最短,细水雾压力增加有利于抑制灭火初期的强化燃烧现象。6 MPa、12 L/min细水雾作用下,纵向排烟风速不宜超过0.5 m/s,其灭火机理主要为对热辐射的衰减作用;顶部排烟风速可以达到1.0 m/s,其灭火机理主要为对火焰的冷却作用。10MPa细水雾灭火时间受1.0 m/s以下风的影响可以忽略不计。15 MPa细水雾灭火时间受1.5 m/s以下风的影响可以忽略不计。10 MPa及以上压力细水雾耦合通风系统的灭火机理为火焰冷却及热辐射衰减的综合作用。     

旋芯高压细水雾喷嘴研制及性能测试

根据细水雾喷嘴雾化原理,设计和制造了旋芯式细水雾喷嘴并进行雾化试验测试喷嘴的雾化性能。介绍喷嘴旋转室半径及锥角、旋转室入口、出水口段、内表面粗糙度等的设计,分析结构尺寸变化对细水雾雾化特性的影响。试验结果表明,当喷雾压力处于高压工作范围时,旋芯式喷嘴所产生的细水雾雾滴SMD均小于100μm,属于超细水雾范畴;喷雾压力处于高压范围时,压力变化对喷嘴流量系数影响有限,影响喷嘴流量系数的主要是喷嘴出口直径。     

纵向风速对隧道细水雾灭火效果影响探讨

摘 要：为了探究细水雾和纵向通风共同作用下隧道内烟气运动情况,确定配置有细水雾灭火系统的隧道最佳通风策略。采用FDS建立了隧道细水雾数值模拟模型,分别计算了不同纵向风速情况下隧道内温度、有害气体浓度及辐射热通量的变化情况。结果表明：30 MW火灾规模下,烟气层在火源上风向15 m的喷雾区开始出现逐渐层降,烟气层下降至2 m以下;至300 s灭火结束时,上风向150 m内,烟气层全部下降至2 m以下。故火灾发生5 min后,人员疏散距离应大于150 m。对比相同通风风速下（1 m/s）细水雾施加前后辐射热通量变化情况得出,开启细水雾灭火系统25 s后,火源下游5 m处热辐射强度由6 kW/m2降至0。建议开启细水雾灭火系统时尽量保持隧道内1 m/s的通风风速。     

高压细水雾对城市地下管廊火灾的降温效果

为探究城市地下管廊火灾蔓延的有效控制方法,研究基于高压细水雾作用下的城市地下管廊火灾蔓延规律。建立尺寸为3.1 m×12.0 m×3.6 m的城市地下管廊模型,根据火源位置、喷头数量、平均粒径、喷头压力等的不同设置工况,研究高压细水雾的降温性能、粒径对降温效果的影响。研究结果表明,受地下管廊结构与壁面的影响,可燃物在燃烧时形成单侧燃烧并发生轰燃。高压细水雾喷头开启后轰燃次数减少,管廊内温度明显下降,燃烧时间缩短;雾滴粒径对高压细水雾的降温灭火性能起主要影响,粒径为100μm时降温效率最高。     

高压细水雾对商场货架障碍火辐射热影响的研究

采用高压细水雾灭火系统,以障碍物较多的商场、超市火灾为研究对象,分析在存在障碍物遮挡的条件下火灾中产生辐射热的变化规律。相同燃烧方式下变换细水雾工作压力测量辐射热通量变化。实验结果表明:燃烧组件单侧敞开燃烧时产生的辐射热较全敞开时的辐射热强;细水雾控火效果明显,但将火焰熄灭需一定的时间;细水雾系统压力过大时雾滴直径小,容易蒸发或被吹散,难以达到燃烧物表面;细水雾系统压力太小雾滴速度不足,难以发挥作用。     

细水雾粒径对地下综合管廊电缆舱灭火效果的影响研究

基于理论推导,结合实体实验及FDS模拟实验,讨论不同粒径细水雾扑救电缆舱火灾的灭火有效性。自行设计电缆舱灭火研究实验台,以聚氯乙烯电缆为研究对象进行全尺寸实验。对比空烧实验与粒径为80、110、150μm细水雾作用下的火场参数,结合FDS模拟粒径为50～250μm的9种工况,分析火场温度、O_2体积分数及灭火时间变化规律。结果认为,在压力和流量满足一定条件的情况下,50～100μm细水雾扑救电缆舱的火灾效果较好;115～130μm是细水雾系统表面冷却机理过渡为隔氧窒息机理的临界粒径值;细水雾系统隔氧窒息作用的灭火效果优于表面冷却作用。     

背负式细水雾灭火系统喷嘴的改进对灭火效率影响的测试

现有的背负式细水雾灭火系统存在一些缺点,如灭火性能差、耗水量高,这些问题严重制约了该型灭火设备在实际灭火中的应用。本文对细水雾灭火系统喷嘴部件进行优化改进,并对改进前后的两种喷嘴进行相关灭火测试实验。结果表明,对于两种喷嘴,灭火时间会随着喷嘴与火源之间的距离增大而增大,改良后的喷嘴灭火效率高于原喷嘴。另外,测试了细水雾施加方式的不同,对细水雾灭火性能的影响,结果表明,竖喷灭火的灭火效率比侧喷灭火效率要高得多。通过实验,可拓展细水雾灭火技术在不同领域的应用和发展。     

高压细水雾灭木垛火实验研究

在受限空间内,设计了小尺寸木垛火实验燃烧平台,通过实验研究了木垛火在细水雾作用下温度、灭火时间、热辐射强度的变化规律。研究表明,与普通细水雾相比,含添加剂细水雾使木垛明火消失时间缩短了1.6倍,且能更好地抑制木垛火温度。细水雾能够有效地衰减木垛火热辐射强度,并且含添加剂细水雾衰减木垛火热辐射强度效率更高。水雾停喷后,细水雾作用下的木垛温度较添加剂细水雾作用下的木垛内部温度有较高的回升,最高温度达到250℃。     

喷头布置方式对综合管廊细水雾灭火的影响

选取两端开口的综合管廊,通过改变细水雾喷头喷雾方向、水平间距、数量,分有、无线缆槽的情况设置6种线缆火灾工况,采用FDS模拟火灾,分析热释放速率、温度、烟气密度随时间的变化情况,研究喷头布置方式对灭火效果的影响。结果表明:相同条件下,无线缆槽时细水雾控火效果更好;管廊安装有线缆槽时,侧向布置细水雾喷头对控火最有利,对于竖向布置的喷头,间距3 m控火效果优于间距2 m控火效果;无线缆槽时,不同喷头布置方式对细水雾控火效果影响差异较小,设计细水雾灭火系统时可适当增加喷头布置间距以降低成本、节省空间。     

一种旋流式喷嘴的雾化实验研究

细水雾喷嘴是细水雾灭火系统的关键部件。本文主要采用激光多普勒测试仪（LDV）和相位多普勒粒子测量仪（PDPA）对一种旋流式喷嘴进行雾化实验研究。通过实验得到了不同测试压力下,喷嘴的流量、流量特性系数K、雾化锥角θ、水平射程、索特尔平均粒径（SMD）和粒子轴向速度的分布情况,最后得到了这几个参数随测试压力的变化关系。所测试的细水雾灭火喷头具有较大的轴向动量和径向动量,有利于扑灭深位火灾和扩大灭火范围。     

喷雾降温效果影响因素的数值模拟分析

采用计算流体力学软件(Fluent)对室外空间喷雾降温过程进行了数值模拟,在不同环境风速、喷雾压力、喷嘴流量工况下,模拟模型区域的温度场、速度场、相对湿度分布。环境风速较小时,局部区域降温幅度大,范围窄,温度梯度大;环境风速增大使液滴飘散效果更好,虽然降温幅度减小,但降温区域分布更广,温度分布更均匀。环境风速较小的地区,可以减小单个喷嘴流量,缩短喷嘴布置间距,使喷嘴作用范围内温度分布更加均匀。环境风速较大的地区,宜适当增加单个喷嘴流量并增大下游喷嘴间距,利用环境风速使液滴飘散。此外,在环境风速较大的情况下还可以适当降低喷嘴高度使人员可感知区域的温降增大。在相同环境风速下,喷雾压力对降温范围与降温幅度的影响较小,可适当降低喷雾压力,以提高喷雾系统运行的经济性。     

细水雾抑制火灾蔓延的影响因素与灭火效率的实验分析

细水雾灭火系统是一种灭火效率高,对环境友好的灭火技术,其应用范围正逐步扩大。本文在整理分析相关研究资料的基础上,讨论了细水雾抑制火灾过程中的影响因素,并介绍了最近的研究成果。通过系列不同工况的实验,探讨了细水雾灭火过程中压力与喷射角度对灭火效率的影响因素。根据实验结果与分析,得出以下结论:细水雾的生成压力越高,速度越高,粒径越小,动量越大,灭火所需时间就越短,但是增大压力提高灭火效率存在极限值。     

热辐射通量对PMMA燃烧特性影响的实验研究

采用锥形量热仪研究了15~65kW/m2范围内不同的热辐射通量对PMMA燃烧特性的影响。结果表明,PMMA的平均热释放速率、质量损失速率和CO2产率与热辐射通量成线性递增关系;计算得到PMMA的气化热为2.35kJ/g;点燃时间和到达峰值时间随着辐射通量的增加而呈指数衰减趋势;CO产率与比消光面积随着热辐射通量的增加而增大;热辐射通量对有效燃烧热和总释放热的影响较小。并将实验得到的PMMA的燃烧特性参数与文献报道的值进行了对比,可以作为PMMA的燃烧性能测试及火灾危险性评价的参考。     

细水雾灭火强化火焰现象实验研究

通过自主研发的析出式气泡雾化细水雾系统对酒精、汽油、柴油、煤油进行灭火实验。针对空气扰动、水煤气反应、液滴喷溅三种可能性,通过不同的实验验证探究细水雾灭火强化火焰现象的原因。实验采用的喷嘴为具有单通道输送双流体功能的新型喷嘴,流量为120kg/h,SMD平均粒径为112μm,向下的纵向速度为26.49m/s,距离油盘0.9m,出口压力为0.3 MPa。实验结果表明:柴油、煤油等燃料强化的现象主要由空气扰动和液滴飞溅因素所致。酒精的强化现象只是由于油滴飞溅因素所致。     

细水雾灭火有效性的影响因素研究

介绍了国内外细水雾灭火技术的最新研究进展,分析了细水雾雾滴物理特性参数(雾滴粒径、雾滴动量和喷雾通量)、添加剂、喷头及其相对火源位置、障碍物及可燃物类型等因素对细水雾灭火效果的影响,探讨了细水雾灭火技术的研究发展方向。     

几种新型空调用大孔径离心式喷嘴性能的对比分析与研究

本文运用回归分析方法并借助于计算机建立了ＰＸ－Ｉ型、ＰＹ－Ｉ型、ＦＤ型和仿ＬＵＷＡ型四种新型空调离心式喷嘴的喷水压力、流量出出口孔径之间以及水滴粒径、流量与出水口径之间揎量关系；提供了四种喷嘴的性能曲线；对四种喷嘴在同一工况下的流量、雾化角、分散度、水滴粒径进行了对比分析，，为空喷嘴的生产厂家和用户提供了客观依据。