高压细水雾喷头流量系数与雾场特性的关系

喷头流量系数是细水雾系统设计喷头选型的关键设计参数之一,其决定细水雾的雾场特性从而直接影响细水雾系统的灭火性能。为了研究高压细水雾喷头流量系数与雾场特性的关系,构建了喷头及喷嘴雾场特性冷态实验平台,实验测量了两种流量系数的喷头(K=1.0,2.5)及其喷嘴的雾滴粒径分布、雾化锥角、雾场强度等雾场特性参数。实验结果表明系数K从1.0增大至2.5,喷嘴及喷头的雾化锥角、雾滴粒径分布及雾场强度都显著增大。     

细水雾粒径改变对电缆火灾的影响

综合管廊中电缆存在一定的火灾危险性,为研究高压细水雾对综合管廊的灭火效果,针对I型结构地下综合管廊,通过火灾数值模拟软件在综合管廊中开展不同粒径细水雾条件下灭火模拟。分析温度场、烟气流动以及能见度变化情况,对管廊内在相同火源功率下不同粒径细水雾灭火效能分析发现,选定的六种粒径细水雾中,200 μm细水雾具有快速降温效果,50 μm细水雾灭火效果最好,细水雾粒径越小对烟气层沉降的影响越显著。     

低压环境下氮气-水低压双流体细水雾抑灭油池火研究

基于民用飞机货舱低压变动环境下火灾特点,进一步探寻低压双流体细水雾灭火技术在低压环境的应用。采用马尔文粒径仪和低压燃烧测试舱等设备,对自行研发N2-水低压双流体细水雾系统进行测试,研究该系统的雾场特性和低压环境下的灭火特性机理。发现N2压力低于0.4Mpa便可得到雾场均匀、粒径较小且方便可调双流体细水雾。低压舱内灭火实验结果表明,在低压下可有效地扑灭油池火,灭火时间呈现随环境压力降低而减小趋势。揭示火焰周围逆流扩散流动场和水雾对火焰与油面的冷却隔离作用,在抑灭油火中的重要作用。     

低压环境下氮气-水低压双流体细水雾抑灭油池火

基于民用飞机货舱低压变动环境下火灾特点,进一步探寻低压双流体细水雾灭火技术在低压环境的应用。采用马尔文粒径仪和低压燃烧测试舱等设备,对自行研发N2-水低压双流体细水雾系统进行测试;研究该系统的雾场特性和低压环境下的灭火特性机理。发现N2压力低于0.4 MPa便可得到雾场均匀、粒径较小;且方便可调双流体细水雾。低压舱内灭火实验结果表明,在低压下可有效地扑灭油池火,灭火时间呈现随环境压力降低而减小趋势。揭示火焰周围逆流扩散流动场和水雾对火焰与油面的冷却隔离作用,在抑灭油火中的重要作用。     

细水雾灭火技术研究进展

介绍了细水雾灭火技术在国内的主要研究进展．着重阐述了细水雾雾特性测量方法、雾发生方法及灭火有效性实验，并对细水雾的灭火机理和灭火技术未来的发展方向进行了讨论．细水雾的雾特性参数决定了它的灭火性能，目前对其测量的主要方法有LDV／APV、DPIV及扩展的DPIVS技术．传统的雾发生方法有着或多或少的缺点，因而新型的雾发生方法得到广泛地研究，如气泡雾化，所以我们对不同的雾发生方法进行了比较．此外通过一系列的小尺度和全尺度实验研究了细水雾在不同火灾场景下的灭火有效性．     

细水雾室外环境降温效果的数值模拟

利用CFD 软件Fluent的Realizable k-ε模型和离散相模型对不同液滴粒径的细水雾室外环境降温效果进行数值模拟,模拟了夏季室外大空间环境中的细水雾弥散输运过程和传热传质特性,获得细水雾气液两相流动的流场、温度场和湿度场的分布情况,并对某工况的降温效果进行人体舒适度指数预报.模拟结果表明,小粒径液滴主要在射流的起始段和过渡段中蒸发,大粒径液滴在射流的核心区与回流区中蒸发;增大液滴直径后,细水雾的蒸发时间延长,细水雾降温效果增强,降温影响空间扩大.不同身高的人群均可以感觉到明显的降温作用;增大液滴直径后,细水雾增湿范围扩大,增湿幅度基本不变,不会造成局部环境相对湿度的明显增加;细水雾室外环境降温可以有效降低人体舒适度指数,有效改善室外环境质量.     

含表面活性剂细水雾的灭火性能

为了增强细水雾的灭火性能,实验研究了一种表面活性剂类添加剂对细水雾扑灭汽油池火的增强效果。结果表明:相对于纯水细水雾,使用添加剂可以有效缩短细水雾灭火时间,增强灭火稳定性。随着添加剂浓度的增大,灭火时间逐渐缩短并趋于稳定值,灭火稳定性则呈下降趋势。实验中添加剂的最大有效质量分数为6%,相比纯水的灭火时间缩短约70%,灭火稳定性提高25%。灭火增强机制分析认为添加剂通过提高细水雾吸热蒸发能力,促进泡沫层形成以及表层汽油乳化,增强了细水雾对火焰和汽油的降温、隔离作用。     

综合体高压细水雾特性参数控火灾动态模拟

利用建筑信息模型（BIM）技术建立商业综合体3D模型并采用分层转化方式转化为火灾动态模拟（FDS）计算模型,分析大空间综合体超快速火中高压细水雾与火焰相互作用过程,研讨单一喷头Ⅱ级高压细水雾在不同喷射速度、雾化角以及水雾压力因素下与火焰相互作用过程,分析细水雾控火效能。研究结果表明：雾化角增大一定程度,细水雾控火效能提高;大空间综合体在不同雾化角高压细水雾施加初期造成湍流扰动比受限空间更加剧烈且温度有回升现象,最佳雾化角大于受限空间;喷射速度增大一定量值,降温速率与幅值均增大,充分发展阶段温度震荡幅度及时间区域小;随着压力上升至临界压力,温度回升之后波动小,对火源控制效果越好,当超越临界值,火焰横向扩展并加快高温烟气中一氧化碳（CO）流动     

空气雾化喷嘴雾化机理及影响因素实验分析

为分析空气雾化喷嘴雾化特性,采用一次雾化和二次多级雾化理论得出影响喷嘴雾化性能的主要因素,设计喷嘴雾化实验分析各因素对喷嘴雾化性能的影响。研究结果表明:空气雾化喷嘴的雾化特性受喷嘴的水流量、气流量、气压和水压影响;水流量随着水压的增大而增大,随着气压增大而减小,气流量随着气压的增大而增大,随着水压增大而减小,气液流量比(Q_g/Q_l)与液气压力比(pl/pg)存在幂函数关系,指数为-1.09;随着喷射距离的增大,一次雾化向二次雾化转变直至雾化结束,对应的雾滴粒径由大变小再变大,随水压的增大,雾滴粒径呈现出"增大—减小"的变化规律,随气压的增大而减小,最佳的液气压力比为0.8～1.0,对应的最佳气液流量比为115～146;雾滴粒径D50与pl/pg存在三次函数关系,由函数关系可知喷嘴雾化后的雾滴粒径理论上的最小值为18.23μm,验证了喷嘴雾化最小粒径的存在,但在实际应用中该最小粒径无法实现。     

低压环境对高压细水雾雾滴粒径影响的实验分析

为揭示环境压力降低对高压细水雾性能的影响,本文通过搭建高压细水雾实验平台测量了常压、低压环境下高压细水雾的喷雾流量及雾滴粒径,研究了环境压力的变化对高压细水雾喷雾流量和雾滴粒径的影响问题。实验结果表明：环境压力降低对高压细水雾性能影响较大。在喷嘴流量系数K=3.4、额定工作压力分别为4、6、8、10和12 Mpa下,且环境大气压力为60 kPa时,高压细水雾的喷雾流量从常压(101 kPa)下的0.500、0.652、0.770、0.880、0.958 m3·h-1增加至0.515、0.685、0.812、0.975、1.073 m3·h-1,增长率分别为3%、5.1%、5.5%、10.8%、12%;相同情况下,高压细水雾的雾滴粒径从常压(101 kPa)下的292.6、280.8、255.9、253.9、252.9 um增加至336.9、291.6、277.2、266.9、254.4 um,增长率分别为15%、3.8%、8.3%、5.1%、0.6%。得出低压环境下高压细水雾的喷雾流量和雾滴粒径都将增大。可见在低压环境下高压细水雾仍然具有良好的灭火性能。     

细水雾扑灭B类火的全尺度实验

根据IMO有关测试规范的要求，进行了一系列全尺度动力机舱模拟灭火实验。实验中采用的是局部保护细水雾灭火系统，通过改变通风条件、预燃时间、喷雾方式及火焰功率等因素，考察了它们对系统灭火有效性的影响。实验结果表明，细水雾系统可有效扑灭动力机舱内设定的各种工况下的油池火和油雾火，与气体灭火系统相比，受通风条件影响小，能有效降低室内温度及CO、CO2浓度，因而系统工作期间消防人员和操作人员可安全进入。在油池火灭火实验中发现通过火焰冷却灭火时所需时间较短，而依靠燃料表面冷却灭火时则时间较长。此外研究结果还显示，采用侧喷方式时，系统的灭火性能将大大提高，而较长的预燃时间则有利于细水雾扑灭油雾火。     

细水雾灭火有效性研究进展

为了对机载细水雾灭火技术研发及其在民航领域的应用提供一定支持,对近年来国内外细水雾研究进行总结分析,主要包括细水雾喷雾特性对细水雾灭火有效性的影响、添加剂的影响、环境情况对于细水雾灭火的影响,以及利用细水雾进行的相关实验研究等。提出今后主要研究方向为新一代机载灭火技术、细水雾对遮挡火灾的抑制机理、高高原环境下细水雾特性与雾场诊断、细水雾灭火应用设施的设计、高效货舱机载灭火系统的关键技术研发、低压细水雾生成与控制机理的研究。最后,结合民机哈龙替代灭火技术需求,设计了新一代机载细水雾灭火技术研究的具体思路。     

Middle or low water pressure direct spiral double helix converging nozzle structure optimization and flow field analysis

In order to solve the problem of using middle or low water pressure to form fine water mist,a new nozzle is proposed in fire rescue robot.Existing water mist nozzles are basically used for high pressure and in large size,complex structure and poor low pressure atomization effect in comparison with requirement of snake-like fire rescue robots.On the basis of comprehensive typical spray nozzles,a direct spiral double helix converging nozzle(DSDHCN) is proposed,which has the advantages of small volume,light weight,simple structure,and convenient installation.To make the spray nozzle have good performance,and meet the requirements of more efficient fire extinguishing,a numerical study is carried out to analyze the internal and external full flow field of nozzle.A gas-liquid two-phase flow is applied to simulate the external full flow field of nozzle with VOF model in fluent software.The simulation results show the real situation of water flow out of the atomization nozzle and the water jet trajectory.Some simulations about middle or low water pressure direct spiral double helix converging optimized nozzle have been done in 30 bar pressure.The simulation results show that the optimized nozzle structure not only makes the spray droplets have a good cone angle,but also have a sufficient axial velocity,which proves the structure rationality of the proposed optimized nozzle.     

含氯化钾低压细水雾抑灭正庚烷池火性能研究

为探究KCl（氯化钾）添加剂对低压细水雾抑灭性能的影响,课题组在1 m3密闭空间内开展了含不同浓度KCl的低压细水雾对正庚烷池火的抑灭实验。基于灭火过程、灭火时间、火焰温度、灭火机理等维度,分析了含KCl细水雾的灭火特性。结果表明： KCl添加剂可有效缩短低压细水雾灭火时间,缩短的灭火时间主要集中在火焰撕裂、游走阶段;油盘面积增大后燃烧更剧烈,灭火所需KCl浓度要求更高;含4%KCl低压细水雾灭直径6、8、10 cm的油盘火时,与纯细水雾相比,可分别缩短灭火时间82%、79%、73%,增大降温速率1.5倍左右;含KCl细水雾主要通过消耗、湮灭链式燃烧反应所必需的自由基来达到更优的抑灭效果,Cl-主要切断链的引发阶段,K+主要切断链的传递、终止阶段。可见KCl添加剂能显著强化低压细水雾的抑灭性能。     

民机货舱变压环境下多种新型清洁灭火剂对锂离子电池热失控作用特性

为研究替代哈龙的新型清洁灭火剂对民航运输锂离子电池火灾作用特性,基于动压变温实验舱,实验设定了80 kPa,60 kPa和40 kPa的压力环境,使用全氟己酮（Novec1230）、2-溴-3,3,3三氟丙烯（2-BTP）和细水雾进行灭火实验。根据它们的灭火机理,从实验现象,降温效果和一氧化碳浓度三方面分析了三种灭火剂的灭火效果。结果表明,变压条件下Novec1230和2-BTP主要通过化学抑制的机理有效降低锂离子电池火焰中自由基H·和OH·浓度,实现快速灭火;而细水雾的降温和抑制温升效果要明显优于Novec1230;同时灭火效果会随环境压力的下降而增强;在较低环境压力下,2-BTP对于灭锂离子电池火的综合效果最好。     

某地下通道(隧道)细水雾灭火有效性的FDS模拟研究

细水雾灭火技术作为一种较为现代的灭火技术正被广泛的应用于隧道(地下通道)的灭火工作中。本文利用FDS模拟研究证实了成都某商业区地下通道(隧道)中细水雾灭火技术的有效性。细水雾灭火应与机械排烟合理有效的结合才能够达到最佳的灭火效果。     

顶部排烟耦合细水雾作用下的火灾烟气特性

利用长宽高为6m×15m×2m的隧道模型，进行了顶部排烟和细水雾灭火实验.通过对各测点烟气温度、火焰温度、CO含量及能见度的测试，分析了不同的顶部排烟以及细水雾耦合作用模式对火灾烟气的控制效果.结果表明:顶部排烟加快了柴油燃烧速率，顶部排烟耦合细水雾的冷却作用明显.在火灾增长阶段(50s)，细水雾耦合顶部排烟对于烟气控制效果最优；在火灾充分发展阶段(90s)，细水雾耦合顶部排烟作用易引起沸溢及轰燃，且细水雾喷洒瞬间，火焰强化现象最明显，CO含量迅速上升.顶部排烟对于能见度的提高效果明显；单独施加细水雾虽然能起到控制烟气的作用，但会使能见度进一步降低；在顶部排烟的耦合作用下，烟气经细水雾吸附沉降后能见度的提高速率增大.