细水雾抑制淬火油池火的小尺度实验

通过小尺度模拟实验对两种不同喷头所产生的细水雾抑制熄灭淬火油池火的研究发现,细水雾施加之初对淬火油池火有明显的强化作用,粒径和速度较大的细水雾强化燃烧的程度较大但持续的时间较短,且粒径和速度较大的细水雾抑制熄灭淬火油池火的效率较高.实验观测和分析表明,粒径和速度较小的细水雾主要通过卷吸空气强化燃烧,其灭火机理主要是火焰冷却和燃料表面冷却,粒径和速度较大的细水雾则主要通过共沸强化燃烧,其灭火机理主要是燃料表面冷却.     

乙醇基纳米流体燃料液滴着火燃烧研究

采用挂滴法研究了在高温条件下纳米铝粉质量分数及粒径对乙醇基纳米流体燃料液滴着火特性及燃烧过程的影响.研究结果表明,与乙醇燃料相比,添加50,nm铝粉质量分数为0.5%,和2.5%,的乙醇基纳米流体燃料液滴的着火延迟时间分别降低了0.315,s和0.525,s,着火温度分别降低了12.712,℃和42.214,℃.增大纳米铝粉粒径至100,nm,当添加的铝粉质量分数为2.5%,时,其液滴着火延迟时间比乙醇降低了0.42,s,两种粒径的纳米流体燃料着火温度相近.乙醇及乙醇基纳米流体燃料液滴燃烧火焰分为3个阶段:着火燃烧阶段、火焰熄灭阶段和二次燃烧阶段.随纳米铝粉含量增加,在二次燃烧阶段纳米流体燃料液滴火焰亮点增多,火焰燃烧剧烈,其中含50,nm铝粉的纳米流体燃料比含100,nm铝粉的纳米流体燃料燃烧剧烈.     

亚/超临界压力下碳氢燃料液滴的燃烧特性

建立了一个适用于超临界压力下包括能够正确描述跨临界迁移现象的液滴燃烧模型,提出了跨临界迁移时刻液滴表面处燃料质量流束有限的新观点.利用开发的计算模型,以碳氢燃料液滴自燃着火为研究对象,研究了亚临界和超临界压力下单液滴的燃烧特性,并从传热传质过程出发,阐明了跨临界迁移前、后液滴燃烧过程的热质输运机理及物理控制因素.结果表明:在亚临界压力下,液滴燃烧不会发生跨临界迁移现象,燃烧过程始终受燃料在液滴表面处相变的控制,液滴的燃烧速度取决于传热过程,并且液滴温度受该压力下燃料沸点的限制而增长缓慢.而在超临界压力下,液滴着火之后很快发生跨临界迁移现象,此后燃料向燃烧反应区域的扩散不存在相变,液滴的燃烧速度取决于传质过程,并且液滴温度不再受燃料沸点的限制而持续升高.     

受限空间内细水雾抑制熄灭火焰过程中一氧化碳的生成率

细水雾抑制熄灭火焰过程中一氧化碳的浓度是评价细水雾灭火系统安全可靠性的一个重要参数.本文通过受限空间内细水雾抑制熄灭障碍火的模拟实验研究,发现细水雾抑制熄灭火焰过程中一氧化碳生成率存在两种控制模式,即燃料控制模式和细水雾流量控制模式.实验结果表明,在燃料控制模式下,一氧化碳生成率随着燃料流量的增大而增大;在细水雾控制模式下,一氧化碳生成率随着细水雾流量的增大而增大.为了获得两种控制模式的临界转变条件,对燃料控制模式和细水雾控制模式的临界工况进行水蒸气含量分析.通过理论分析,得到一氧化碳生成率控制模式转变的水蒸气含量临界范围与 Suh and Atryeya 理论基本一致,即空气中水蒸气质量分数达到25%~65.5%时,水蒸气对火焰的作用从化学作用转为物理作用,一氧化碳生成率控制模式开始转变     

超细水雾抑制受限空间木材燃烧的实验研究

基于木材是火灾中常见的可燃物之一,通过搭建超细水雾抑制受限空间木材燃烧的小尺寸实验平台,研究了超细水雾抑制受限空间木材燃烧的有效性及影响因素.施加超细水雾后,木材的热释放速率和O2的下降速率增大,CO2的生成量增大到固定值时逐渐趋于平稳,这表明超细水雾可以有效降低木材的热释放速率,抑制木材的燃烧.超细水雾抑制木材燃烧的效果依赖于雾通量、预燃时间、施加时间等因素.雾通量充足时预燃时间越长,火焰越容易熄灭;雾通量不足时,超细水雾无法抑制木材的燃烧;预燃时间一定时,雾通量越大,超细水雾抑制木材火焰的效果越好;雾通量和预燃时间一定时,施加超细水雾的时间越长,木材表面越不易有阴燃现象,抑制木材火焰的效果越好.     

单滴碳氢燃料的燃烧特性

建立了单滴燃料燃烧过程的计算模型和数值方法,并用之计算单滴燃料的蒸发和燃烧过程。计算发现,环境空气压力和燃料临界压力相近时,液滴具有最小的燃烧时间,即液滴寿命最短;当环境压力低于燃料临界压力时,燃烧时间随着环境介质压力的增大而降低,这是因为在燃烧期内,气液界面一直存在,气液界面间的相平衡控制着蒸发速率,进而控制着燃烧时间;环境空气压力高于燃料临界压力时,着火点液滴表面很快变为超临界状态,其后不存在相变过程,燃料的燃烧速率主要受控于燃料和氧气的扩散速率。由于扩散系数几乎与压力成反比,所以,随着压力增高,燃料从高浓度区向火焰区域扩散的速度减小,使燃烧时间变长。     

亚/超临界环境下燃料的喷雾燃烧特性研究

采用高温高压定容燃烧弹系统对亚/超临界环境下燃料在纯氧中的喷射燃烧现象进行试验研究,通过高速相机和阴影法进行燃烧图像信息的采集,研究在相同的超临界温度下,正己烷和乙醚两种燃料喷射燃烧火焰特性随环境压力和喷油脉宽的改变而呈现的差异性。试验结果表明:在亚临界压力下,两种燃料在不同喷油脉宽下的燃烧时间均随着环境压力的升高而升高,火焰发展后期基本保持较为稳定的形态和亮度,符合传统的喷射燃烧过程。正己烷在临界压力点下火焰长度最短,形态较为规则;超临界压力下,火焰形态有稳定趋势但仍有轻微波动,且火焰长度略短于亚临界;喷油脉宽改变时,燃烧时间在临界压力附近呈现出不同的趋势。乙醚的燃烧时间随压力的升高而增大,在临界压力处达到最大值,后随着压力的继续升高而下降,不同压力条件下火焰形态略有差别。燃烧现象存在差异性主要是由于亚/超临界坏境下燃料的物性参数和破碎蒸发机理不同。     

细水雾抑制气体扩散火焰的机理研究

应用三维LDV／APV系统和热成像方法，测量了细水雾和气体扩散火焰作用过程中的细水雾雾场、火焰温度场并研究了细水雾和气体扩散火焰的作用过程．探索了细水雾抑制火焰的机理和规律，比较了细水雾抑制气体扩散火焰时3种主要灭火机理，用数据定量表征了细水雾灭火时，水雾的蒸发潜热吸热作用、热容吸热作用以及稀释氧气作用对抑制气体扩散火焰所做的贡献，细水雾直接喷射或被卷吸进入火焰内部时，由于表面积大，吸收热量快，迅速汽化，体积扩大。大量的汽化潜热会降低火焰区及气相燃料的温度，细水雾及其蒸汽吸收部分热辐射，降低对燃料的热回馈，减少其汽化蒸发，从而降低反应区的可燃气体积分量。这些因素都会大大降低化学反应速度，抑制火灾的发展，直至扑灭火灾。     

受限空间中细水雾灭火的准稳态模型

通过受限空间中大量细水雾灭火实验，总结出预测细水雾系统灭火效果的准稳态模型。该模型是针对细水雾扑灭有障碍火的情况而发展的，火焰的熄灭主要是由于燃料燃烧耗氧和细水雾汽化稀释造成氧气浓度的降低而导致的，忽略了细水雾与火焰的直接作用，模型基于能量守衡，要求输入以下参数：火源功率、受限空间的几何结构、通风口面积和细水雾施加流量，通过模型预测出稳态时受限空间的温度和氧气浓度，进而可以确定临界火源的尺度(功率大小)，同时能准确预测较大功率范围火的熄灭时间。     

压力振荡环境下偏二甲肼液滴的燃烧特性

设计了压力振荡环境液滴燃烧实验系统,开展了压力振荡环境下液滴燃烧过程实验研究,分析了压力振荡环境下液滴燃烧火焰结构的形态特点,建立了压力振荡环境下液滴燃烧模型,并基于该模型考察了振荡频率、振荡幅值、燃烧室平均压力及温度对燃烧特性的影响规律.结果表明,压力振荡环境显著影响了燃烧火焰的稳定性,使得火焰形态发生了多种形变和偏移;压力振荡环境下液滴燃烧火焰位置不断出现"偏移——恢复"的反复过程,且这种反复状态贯穿液滴燃烧过程的始终.增加振荡频率和振荡幅值加剧了液滴燃烧速率的振荡,但并没有改变其平均值,因而不同频率与振幅下液滴直径变化趋势并无明显区别;增加燃烧室平均压力对燃烧过程具有明显的促进作用,大幅提高了燃烧速率;增加燃烧室温度能够显著促进液滴燃烧,使得液滴燃烧速率和表面燃烧流率迅速增加,且不会加剧压力振荡与燃烧速率的耦合.     

细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究

热释放速率是反映火场规模与发展的最重要的基础参数，利用ISO9705实验台进行细水雾灭火有效性的影响因素及相关机理研究，不仅能营造出一个真实的室内火灾环境，而且能够得到火场的热释放速率。对汽油池火的初步实验表明：热释放速率曲线能直接反映出细水雾对火源的作用；细水雾作用下燃烧总的热释放量减少很大；开启水雾的时间不同，细水雾对热释放速率峰值的削减程度不同。     

Experiment and prediction of fire extinguishment with water mist in an enclosed room

The correlation between oxygen concentration and fire temperature when fire was extinguished with water mist was theoretically studied. The Semenov theory was applied to analyze the critical condition when fire was extinguished with water mist, from which the correlation could be obtained. The water mist experiments were carried out by varying the fire size, atomizer number, ceiling height, system pressure, and pre-burn time in an enclosed room. The oxygen concentration near the edge of the liquid pool and the fire temperature above the center of the liquid pool were measured. A comparison of the experimental data with the correlation was made under different conditions. The results showed that fire extinguishment was a stochastic process which could be affected by many factors. This theoretical model could predict the correlation between fire temperature and oxygen concentration when fire was extinguished with water mist in an enclosed room and it can also be treated as a critical condition for fire extinguishment.     

A numerical simulation of the suppression of hydrogen jet fires on hydrogen fuel cell ships using a fine water mist

In this paper, in order to evaluate the reliability of a fine water mist for the suppression of fires on hydrogen fuel cell ships, the fire dynamics simulator (FDS) software was used to simulate the jet fire process and the action of a fine water mist on a fire caused by a hydrogen leakage in the hydrogen storage tank areas of hydrogen fuel cell ships. The fire scenario was classified into vertical or horizontal jet fires according to the location of the leakage in the hydrogen storage tank area, and the suppression effects of a fine water mist on hydrogen jet fires under a different droplet size, spray velocity, and ambient wind speed were compared and analyzed. The results indicate that a fine water mist is not effective in extinguishing hydrogen jet fires; however, by selecting suitable parameters (a spray velocity of 30 m/s and average droplet size of 30 μm), it can effectively reduce the fire field temperature of hydrogen jet fires and prevent the fire from developing further. Increasing the average droplet size of the fine water mist results in a gradual degradation of the suppression effect, while a higher spray velocity of the mist enhances the suppression effect to a certain extent. The ambient wind speed is an important factor that influences the suppression effect of a fine water mist on hydrogen jet fires, and when this speed is less than 4 m/s, a fine water mist with a higher spray velocity and smaller average droplet size is still a superior way of suppressing fires.     

细水雾与液体燃料火焰相互作用的小尺度实验研究及简化模型

细水雾灭火技术是可以替代哈龙灭火剂的绿色灭火技术。以此为工程背景,开展了细水雾与液体燃料火焰相互作用的小尺度实验研究,结果表明:预燃时间、喷雾气压、细水雾气源种类等参数对灭火过程有重要影响。细水雾抑制熄灭液体燃料火焰的主要机理是燃料表面冷却效应。建立的液体燃料平均温度零维简化模型与实验结果吻合较好。     

不同排烟条件下细水雾扑灭油池火的实验研究

通过全尺寸模拟实验研究了细水雾和机械排烟共同作用下小室火灾烟气特性.实验中通过改变变频器频率来调节风量和风速,通过封堵来改变排烟口位置及其开口大小,研究分析了细水雾和机械排烟共同作用下火场的温度和CO体积分数变化.实验结果表明,随着排烟强度的增加,细水雾灭火时间延长,烟气平均升温速率和平均降温速率均下降,CO体积分数降...     

高压细水雾系统抑制货架障碍火的实验研究

货架火是商场超市火灾中的主要燃烧形式,对其行为规律的研究有助于该类建筑防灭火工作的开展。分析了利用高压细水雾系统灭货架火的可行性;搭建了高压细水雾灭火的实验平台,通过实验研究了高压细水雾系统控制与扑灭商场超市货架火灾的可能性;测试了细水雾的施加对该类火灾现场温度、辐射热通量强度及烟气浓度变化的影响情况;比较了货架的不同摆放形式对火灾参数的影响。实验结果表明,利用高压细水雾系统灭货架火是有效可行的。     

Calculation of fire extinguishment time with water mist in an enclosed room

The fire extinguishment time is a major factor to evaluate the efficiency of fire extinguishment with water mist. In this paper the fire extinguishment time with water mist in an enclosed room is calculated. Before adding water mist, the chemical kinetics plays the role in combustion, where a dimensionless math model is established by us- ing the Semenov theory. After adding water mist, the diffusion plays the role instead. Then another math model containing water mist and dominated by oxygen concentration is established. The fire temperature is integrated from Tm to extinguishment temperature TB and the extinguishment time can be obtained. The calculated values are compared with the experimental data under different conditions. The results show that this model can predict the fire extinguishment time accurately. Besides, this model also can be used to determine the critical water mist flux and evaluate which fire extinguishment mechanisms dominate the extinguishment.     

Fire extinct experiments with water mist by adding additives

The effects of fire extinguishment with water mist by adding different additives were studied.Tens of chemical substances (including alkali metal salt,dilution agent and surface active agent) were selected as additives due to their different extinct mechanisms.At first the performance of fire extinguishment with single additive was studied,then the effects of the same kinds of chemical substances under the same mass fraction were compared to study their influences on the fire extinguishment factors,including extinct time,fire temperature and oxygen concentration from which the fire extinct mechanism with additives could be concluded.Based on this the experiments were conducted to study the cooperate effect of the complexity of different additives.It indicated the relations between different firefighting mechanisms and different additives were competitive.From a large number of experiments the extinct mechanism with water mist by adding additives was concluded and an optimal compounding additive was selected.     

细水雾扑灭油池火的临界条件

通过模拟灭火实验发现细水雾灭火过程中由于雾特性参数的变化而形成两种相异的灭火过程,进而通过理论分析与计算得到了细水雾通过火焰冷却扑灭油池火所需的临界条件,并通过实验室尺度实验与全尺度实验对计算结果进行了验证．在实验中还发现对于下喷式系统而言,细水雾能否穿透烟气羽流层对于细水雾系统能否灭火具有至关重要的影响,为此引入了烟气羽流与细水雾的推力比这一概念,并通过实验确定了采用下喷方式时,细水雾灭火的临界推力比大致为10．