细水雾抑制气体火焰的实验

通过改进wolfhard-parker燃烧器，和对细水雾灭火时不同机理作用的分离实验研究，探讨了在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在抑制气体扩散火焰方面的相对贡献．实验结果表明，细水雾抑制气体火焰是其稀释氧气、蒸发潜热吸热和热容吸热作用共同作用的过程，且潜热吸热作用比热容吸热作用更明显．在卷吸作用下，可以有更多的细水雾到达火焰内部，因而其对火焰内部温度的影响比水蒸气更大．     

超细水雾对甲烷-煤尘爆炸过程抑制机理研究

为了研究超细水雾对甲烷-煤尘混合爆炸过程的作用规律，在20 L长方体爆炸装置中进行了抑爆实验.同时基于甲烷气体、雾滴颗粒、煤尘颗粒在受限空间内的蒸发、脱挥发、燃烧过程，建立了超细水雾抑制甲烷-煤尘混合爆炸的数学模型.同实验进行对比可知，数值模拟得到的爆炸压力可准确反映实际爆炸过程.结果表明，超细水雾的加入改变了爆炸的传播规律.与无抑制的甲烷-煤尘混合爆炸相比，加入超细水雾降低了已燃区的气相温度及煤尘颗粒温度，并推迟了火焰阵面沿轴向的传播过程.煤尘颗粒温度分布表明，超细水雾在推迟煤尘颗粒升温过程的同时，反应区煤尘颗粒的中位温度也明显降低.随着超细水雾浓度的不断增加，其对甲烷-煤尘混合爆炸的气相燃烧过程和颗粒脱挥发及燃烧过程的抑制效果也不断增强.研究可为工业生产中甲烷-煤尘爆炸强度预测和水雾抑制提供参考.     

细水雾抑制小尺度甲烷/空气火焰的研究

利用三维激光粒子动态分析仪(LDV/APV系统)测量距离同轴流动燃烧装置Cup Burner出口不同位置的细水雾雾场特性(雾滴速度、雾滴粒径),利用Cup Burner系统地研究了细水雾抑制小尺度CH₄/空气顺流非预混火焰,考察细水雾的粒径和雾滴质量分数对CH₄/空气顺流非预混火焰结构的影响. 研究结果表明粒径为10～100 μm的细水雾能有效地抑制CH₄/空气顺流非预混火焰,随着细水雾粒径减小或空气流中雾滴质量分数的增加,细水雾抑制熄灭CH₄/空气顺流非预混火焰的能力增强. 细水雾抑制熄灭CH₄/空气顺流非预混火焰的机理主要是气相吸热冷却和稀释氧气,在CH₄/空气顺流非预混火焰的根部,气相吸热冷却起主导作用,而在火焰的上部稀释氧气起主导作用.      

表面活性剂影响下细水雾吸附细颗粒物特性的试验

为了探讨细水雾吸附细颗粒物的机理,利用含有风送结构的喷雾系统对表面活性剂影响下不同粒径细水雾脱除细颗粒物特性进行了试验研究,获得了液滴粒径、表面活性剂质量浓度及风送速度对细水雾降尘率的影响规律.结果表明:细水雾降尘率随着水雾粒径的减小先提高后下降,存在最大降尘率;在纯水中添加表面活性剂能大幅提高不同粒径水雾对细颗粒物的降尘率,且粒径越小提升效果越明显;随着溶液中表面活性剂质量浓度的增大,降尘率基本呈上升趋势,同时当水雾粒径较大时,低速风送对纯水及表面活性剂溶液的降尘率均有提升效果.     

预混火焰在狭缝通道中的熄灭机理研究

为了对预混火焰在平板狭缝中熄灭的内在规律进行探讨,给出了火焰在狭缝中熄灭状态的判断依据.通过模拟甲烷/空气预混火焰在平行板狭缝中淬熄的机理及过程,借助实验和计算在特定的狭缝高度下研究预混火焰的熄灭长度与传播速度间的关系,得出了化学反应放热和壁面散热等与预混火焰传播和熄灭状态间内在关系,这为防止预混可燃气体发生爆炸和燃烧提供依据,为设计和应用阻火器提供理论上的支持.     

火焰在微细圆管中传播及其熄火现象

采用单步化学反应机理，假定流场满足Poiseuille分布，用热传导-组分扩散模型研究圆管中预混火焰传播特征和熄火条件。通过计算不同的壁面对流散热和气体流动速度下的火焰，得到火焰面形状的变化规律、火焰传播速度的曲线，分析出了微细圆管中熄火的规律：管道越细，熄火越容易；进口气流速度为0时的燃料消耗速率最小，但只有正的进口速度才有利于防止熄火。     

细水雾与热烟气相互作用数值模拟研究

使用CFD软件Fluent对火灾中热烟气与细水雾的相互作用过程进行了数值模拟研究。比较了灭火过 程中不同粒径细水雾在流场中的运动及其对灭火效果的影响,并研究了细水雾对着火房间火焰辐射的散射作用 及细水雾的聚合破碎过程对灭火效果的影响。模拟结果表明辐射是火灾中主要的热传递过程,粒径较大的水雾 比较容易离开回流区到达燃烧反应区。房间细水雾的通过吸收和散射作用减弱辐射强度,水雾在喷射初期可能 使燃烧速率增大,这些结果与实验事实相符     

预混火焰微小尺度燃烧传播机制研究

采用实验与数值模拟相结合的方法对预混气体火焰在平板狭缝中传播进行了研究,利用高速数字摄像系统对传播过程进行抓取。结果表明,当狭缝高度一定时,火焰的熄灭常数与临界火焰速度呈现的是近似直线关系。并对化学反应放热、壁面散热等与预混气体火焰传播与淬熄有关因子之间的内在联系进行分析,总结出预混气体火焰在平板狭缝中的传播与熄灭规律。对判断火焰在狭缝中是否淬熄提供参考,对选用阻火器及设计阻火芯提供一定的理论依据。     

细水雾对障碍物挡板火灭火有效性的实验研究

在不同障碍物挡板阻隔条件下，就细水雾对油池火的灭火效果进行了实验研究，分析了不同空间位置的障碍物挡板对细水雾灭火效果的影响，采用FDS40对细水雾与不同类型障碍物挡板油池火的相互作用过程的模拟结果表明：障碍物结构与类型影响着细水雾直接作用于油池火上方的水雾通量，油池火上方的水雾卷吸量越大，细水雾对障碍火的灭火效果越明显。     

管道内多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播的影响

为了研究抑爆材料对可燃气体爆炸火焰传播的影响,设计加工了横截面积为200 mm×200 mm的方形实验管道,且在其内进行了无抑爆材料和安装多层金属丝网条件下预混可燃气体爆炸火焰传播影响的实验,并通过高速摄影仪进行火焰传播的全程拍摄.结果表明,预混可燃气体爆炸火焰在管道内的传播速度和结构都不稳定,出现来回震荡的现象,而多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播具有很大的影响,可以完全淬熄较弱的爆炸火焰.研究结果对煤矿瓦斯爆炸的防治具有重要的理论和实际价值.     

Laminar premixed methane/air flame extinction characteristics influenced by co-flow water mists

Based on the tubular burner, the burning velocities, flame stretch and inhibition rules influenced by co-flow water mists were studied using a high-speed schlieren system. Moreover, the variation rules of the flame critical extinction in our burner equipment were also obtained by analyzing the process and mechanism of flame extinction and inhibition. It is shown that the flame stretch is related to the fuel concentration, co-flow fluxes and water mist diameters. For droplets with a larger diameter, the smaller the co-flow fluxes, the more obvious the flame stretch. When the water mist loading rate is rather smaller, for fuel-rich premixed flame with Le〉1, the flame with larger burning rate tends to backfire more easily. Under the same water mist conditions, for fuel-lean premixed flame with Le〈1, the smaller the gas concentration, the easier the flame is extinct.     

Preliminary study on interaction of water mist with diffusion flame of liquid fuels

The chemical and physical interaction mechanisms of the water mist with diffusion flame of liquid fuels are investigated.The difference of the thermograms and the thermal field isograms between ethanol flame and kerosene flame with the water mist applica-tion is explained. With the water mist application, the differences between ethanol and kerosene in heat release rate, O_2 and CO concentra-tions of their combustion products, and the temperature of their srnoke are analyzed. At the same time, the interaction mechanism of thewater mist with diffusion flame is presented and their relationship to the fuel species and to the concentration of water mist is described.     

细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸实验

搭建小尺寸细水雾实验平台,用相应管道模拟矿井环境.在阐明煤尘与瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道混合物爆炸的有效性,并对其做定性定量的分析研究.研究发现:在细水雾作用下,煤尘与瓦斯的火焰传播速度会相应减小、所测火焰温度有所降低.当混合物爆炸的威力较大时,细水雾对其相关参数影响较弱,应适当增加压力,改变细水雾的物理化学抑制作用,增强灭火特性.实验结论:细水雾抑制煤尘与瓦斯爆炸的研究为煤矿抑爆装置的研制和安装提供了技术支撑.     

Effects of water mist addition on kerosene pool fire

The use of water mist to extinguish fire is a problem of particular interest since the banning of halogen-based agents for environmental reasons. This interest is reflected in the large number of researches performed on the main fire-extinguishing mechanisms of water mist： heat extraction, oxygen displacement and attenuation of heat fluxes. In contrast, there are still little known about the chemical and some other aspects of water mist addition on the pool fire. In this paper, a phenomenological study was conducted of the effect of water mist addition on the kerosene pool fire through the measurement of the heat release rate, CO, CO2 and O2 species concentration in combustion. The experimental results show that there is a significant enhancement effect at the beginning stage of water mist addition. Then, the flame size was decreased abruptly. By physical suppression effect combined with chemical effect, the experiments＇ results are explained especially. The study of effects of water mist on pool fire will be useful for optimizing designation of water mist fire-suppression system, improving the fire suppression efficiency and extending their application field.     

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。     

基于二氧化碳红外热成像的火焰起升高度分析

基于CO_2红外热成像方法拍摄了可控活化热氛围下的正庚烷液滴群预混射流火焰,测量了火焰起升高度,研究了热氛围协流温度、液滴群预混当量比、液滴群射流速度3个因素对起升高度的影响规律.结果表明:射流火焰起升高度主要受到化学着火延迟期控制,起升高度随着协流温度的升高而降低,但当协流温度足够高时,起升高度几乎不再变化;当量比增大会使物理着火延迟期缩短,从而使火焰起升高度降低;在相同的当量比下,如果协流温度较低,射流出口速度增加会提高火焰起升高度,而当协流温度高于某临界温度后,加大射流出口速度却会降低火焰起升高度.     

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     

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.