受限空间内细水雾灭火有效性实验研究

主要研究了在不同雾场强度分布条件下细水雾灭火有效性,通过集水法测量细水雾喷头在不同压力下雾场强度分布情况,并根据其雾场强度不同,在3m×3m×2.8m标准实验间内设定不同的火源位置,进行灭火有效性实验.实验表明,在受限空间内,细水雾灭火的临界雾场强度值会减小,但是同开放空间中的实验类似,雾场强度低于临界值时,难以熄灭火焰,同时会造成火焰强化.文中为细水雾系统在实际工程案例中提供一定的依据.     

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。     

新型细水雾灭火喷头的结构优化与分析研究

根据射流的基本原理,对水滴的产生、射流的属性、各种喷头的结构进行分析,得到喷射细水雾对喷头的基本要求。根据需求优化喷头结构,提高细水雾质量,增大喷雾半径,扩大保护范围。运用Fluent对改进的喷头和未改进的喷头进行模拟,分析压力场、速度场及密度场,对喷头进行评定。结果表明,扩散角的结构对增加喷雾半径和提高水雾动能有很大帮助。     

细水雾扑救电气火灾有效性和安全性实验研究

为探究工作压力对高压细水雾扑救电气火灾有效性和安全性的影响,在 4 m × 4 m × 5 m 的封闭环境中,针对同一型号的细水雾喷头在不同喷射压力下进行灭火实验。结果表明：增大喷头工作压力可增强细水雾灭电气火的有效性;不同工作压力下的细水雾,绝缘电阻下降率不同;随着工作压力变大,绝缘电阻下降速度呈现先减小后增大的趋势;喷头工作压力超过一定值时,细水雾对绝缘电阻的影响更显著。对于特定高压细水雾喷头,存在灭火效果好且水渍污染小的适合工作压力。     

高、中压细水雾灭火性能比较实验研究

从细水雾雾场特性参数分析出发,搭建实验平台研究高压细水雾和中压细水雾的灭火性能,得到高、中压细水雾灭火时的温度和烟气组分体积分数变化情况,以及雾场特性参数如雾通量、粒径分布和雾动量等和灭火性能的关系。结果表明由于工作压力不同,使得雾场特性参数有所差异,在实验火场开阔的情况下,由于中压细水雾在燃烧区域的雾通量和雾动量更大,其对于木垛火和柴油池火的灭火效果均优于高压细水雾。     

细水雾灭火系统应用中的几个问题

讨论了细水雾灭火系统应用中的几个问题:细水雾能扑灭电气火灾,但使用时要注意设备的防水、积水和排水问题;细水雾灭火技术引入控火概念的理由以及新概念对消防系统的影响;喷头工作压力对雾特性的影响等。结果表明:并非喷头压力越高,喷头的安装高度就可以越高;也不是雾滴粒径越细,灭火效果就一定越好。     

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。     

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.     

贮木场原木楞堆细水雾喷头优化布置

对贮木场原木楞堆进行细水雾喷头优化布置实验。根据贮木场原木楞堆燃烧特性和细水雾喷头的灭火特点,优化布置细水雾灭火系统中喷头的数量、安装角度以及安装高度,以便最大限度提高细水雾灭火系统在林区贮木场的灭火效率。利用单变量控制法对比细水雾喷头作用于原木楞堆的灭火实验效果,确定了细水雾喷头的优化布置。结果表明,喷头数量为2个、安装角度为0°~6°、安装高度为5m时的灭火效果最佳。     

铁路救援站中细水雾颗粒特性研究

为研究铁路救援站内细水雾的颗粒特性,搭建了30m×6m×6m的铁路救援站模型,并依据救援站内的环境设计相应管网系统及可调节压力的高压泵组系统。利用粒子成像测速仪PIV对救援站内的细水雾颗粒粒径及速度进行测量,研究不同工作压力下细水雾颗粒的粒径、速度及动量。结果表明,对于全淹没细水雾系统,工作压力对细水雾的粒径影响较大,对空间内的速度及动量影响作用不明显。     

细水雾灭火喷嘴的特征参数及其测量方法探析

运用Rayleigh-Taylor不稳定性和Kelvin-Heinholtz不稳定性解释了细水雾的雾化机理并描述了雾化颗粒尺寸分布特性的关系式,分析了反映细水雾灭火喷嘴灭火性能的主要特征参数,探析了细水雾灭火喷嘴特征参数的测量方法,为今后研发高性能的细水雾灭火喷嘴提供了一定指导。     

船用细水雾灭火喷头结构优化与分析

根据液体的雾化和灭火机理,对细水雾的液滴形成和破碎过程、影响液体雾化的因素、多种船用细水雾喷头结构的优劣进行分析,得到细水雾雾化对喷头的基本要求。设计船用喷头采用螺旋内流道,使液体在室内进行强烈的旋转,以提高水雾动能,加强离心雾化效果,增强灭火能力。运用STAR-CCM+对直射式喷头和改进的离心喷头进行对比分析,得到流场以及流场内有关面上的压力、速度、流动迹线以及液相水的体积分数。结果表明,螺旋流道的离心结构喷头可以增大喷雾半径、扩大保护范围、提升灭火效果。     

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。     

水喷雾雾化特性实验研究

对水喷雾的雾化特性进行分析,通过自主搭建有限空间实验系统测量不同影响因素下的喷雾粒径,进而分析喷嘴安设角度、喷嘴直径和喷雾压力对喷嘴雾化特性的影响规律。结果表明：喷嘴安设角度为0̊、10̊、20̊、30̊时,特征粒径D10、D50、D90 以及体积平均粒径与喷雾压力呈负相关、与喷嘴直径呈正相关,4 MPa 时的特征粒径值最小。综合分析可知,喷嘴安设角度为10̊时为最优安设角度。     

Study of cooling system with water mist sprayers: Fundamental examination of particle size distribution and cooling effects

A cooling system that sprays micro water droplets could prove useful in mitigating temperature increases in urban areas by using the heat of water evaporation, a process that consumes only small amounts of water and energy. If water mist is sprayed in a semi-outdoor area, for example, under a canopy, it could potentially improve conditions on hot days. However, there is little reference data concerning the design or control of such systems. In order to propose a method for designing and predicting the performance of a water mist system, we discuss differences in cooling effects in the context of particle size distribution of water mist. The results of numerical fluid analysis showed there is no significant difference in temperature reduction for different particle sizes. However, the water particles remained in a lower position with larger particles.     

旋芯雾化喷嘴仿真与实验研究

为研究旋芯雾化喷嘴的喷放特性,通过建模仿真了单孔旋芯雾化喷嘴内流场及外流场,研究分析了内流场的雾化机理及外流场的雾滴分布特性,并结合实际喷放验证了仿真的准确性。研究表明：旋芯喷嘴喷放过程中能大幅度提高液体喷放速度,并在喷口处形成空穴,显著提高雾化效率;该喷嘴在低压下即可实现不大于80 μm 粒径的雾化,且粒径分布均匀。     

Modeling and Simulation of High Pressure Water Mist Systems

This paper describes work done to improve and validate the capability of fire dynamics simulator (FDS) to predict the dynamics of water mist sprays. Three single orifice and five multi-orifice spray heads are modeled with FDS based on information on the flow-rate, spray angle, operating pressure and experimentally determined particle size distribution. The capability of FDS to predict the drop size, velocity, mist flux and number concentration profiles within the spray cone is assessed. The effects of turbulence modeling on the predictions of the spray dynamics is investigated. The capability of FDS to predict the air entrainment by high-speed water sprays is validated using experiments in rectangular channels with open ends.     

熄灭森林阴燃火的细水雾喷头设计与仿真

森林大火后的残余地表余火及地下阴燃火是引起二次森林火灾的主要原因,为防止发生二次森林火灾,清理森林余火和阴燃火是必要的.细水雾作为哈龙灭火剂的最佳替代品,被广泛应用在消防领域.本文设计一种适合熄灭森林余火和阴燃火的撞击分流高压细水雾喷头,采用Fluent进行喷头流域的仿真,分析喷孔孔径、喷孔长度和喷孔喷雾锥角对喷出细水...