气体协流水雾作用下层流预混火焰拉伸规律

在气体协流管式燃烧器研究的基础上,利用高速纹影系统对细水雾作用下层流预混火焰拉伸、熄火规律进行了实验研究,并分析了细水雾抑制气体预混火焰的条件.实验结果表明：火焰面拉伸规律与燃料浓度、气体流量以及水雾雾滴直径有关;对于大滴径协流水雾,水雾载荷比越小,火焰面拉伸现象越明显.     

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.      

细水雾抑制扩散火焰的研究

通过实验和数值模拟研究了细水雾抑制扩散火焰的过程和物理机制．细水雾抑制扩散火焰主要是通过汽化隔氧、冷却燃料和氧化剂以及吸收部分热辐射降低热回馈等效应,降低化学反应速率及火焰的传播速率,达到控制和扑灭目的．在通风控制时,通风条件越差,抑制效果越好．在实验研究基础上提出单喷头细水雾抑制扩散火焰的一维数值模型,简单合理     

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。     

双喷头细水雾和纵向通风抑制池火的实验研究

进行细水雾抑制Φ600 mm酒精池火缩尺模型实验,通过对火焰和燃料表面温度、火源根部附近氧气体积百分比、火焰热辐射和地板接收到的热辐射等参数的测试,对比分析不同压力和雾流量单、双喷头细水雾耦合纵向通风系统的灭火机理及最佳运行参数。结果表明,点火后480 s开启2个K=0.5的细水雾喷头灭火的最佳工作压力为8 MPa,所需雾通量为8.94 L/min。继续增加压力,K=0.5双喷头细水雾灭火效率提高的幅度减小。双喷头细水雾灭火的主导机理为隔绝稀释氧气、火焰的冷却作用以及地板接收到的热辐射的衰减作用。点火后480 s开启火源上风侧单个K=1.2细水雾喷头灭火的最佳工作压力为10 MPa,所需雾通量为12 L/min。单喷头细水雾灭火的主导机理为对燃料表面的冷却作用。     

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。     

细水雾抑制熄灭障碍物油池火的有效性研究

传统水喷淋灭火系统很难扑救有障碍物遮挡的火焰。针对障碍物油池火进行了全尺寸细水雾灭火有效性的实验研究，深入了解障碍物存在时细水雾对油池火的抑制熄灭作用，同时研究了障碍物与火焰的相对位置、细水雾的工作压力、雾通量、喷头距火焰垂直距离及水平距离等关键因素对灭火有效性的影响，分析了障碍物存在时细水雾的灭火特性，揭示了实验中某些工况下不能扑灭火焰的原因，为细水雾的实际工程应用提供了科学的参考依据。     

细水雾灭火技术在电气环境的研究与进展

介绍了细水雾的定义和主导灭火机理，对细水雾、水喷淋及气体灭火技术在电气环境的应用进行了比较，说明了细水雾用于电气环境火灾防治的优点及不足。结合前人实验结果系统地阐述了细水雾的导电性、细水雾作用下电气设备击穿强度变化规律、细水雾的滞空性及烟气冲刷能力。重点回顾了国际上细水雾用于计算机、程控交换机及发电机等电气设备火灾防护的可行性及有效性研究，描述了细水雾作用下带电工作的计算机、发电机、程控交换机等设备的稳定性和可靠性，讨论了雾滴粒径、雾滴速度、雾通量及障碍物遮挡程度等因素对扑灭电气火灾有效性的影响，介绍了国际上细水雾灭火技术在电气环境的应用现状。     

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.     

用锥形量热仪研究细水雾抑制熄灭PVC火

利用锥形量热仪和单流体细水雾系统研究了细水雾抑制PVC火的过程，并观察了重燃现象的发生，测量了实验中热释放速率及O2，CO2，CO和烟气的浓度变化，并对不同细水雾工作压力及不同热辐射流量下的结果进行了比较。由实验可知细水雾能快速扑灭PVC火，且压力越大灭火越迅速，但是在灭火后停止施加细水雾会发生重燃现象，且重燃发生的时间长短与作用在燃料表面的水量有关。     

细水雾作用下固体PMMA燃烧特性的实验研究

利用三维激光粒子动态分析仪对细水雾喷嘴的雾场特性进行了测量,选择固体PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为典型燃料研究细水雾与聚合物火焰的相互作用过程,重点考察细水雾抑制熄灭PMMA火的机理以及细水雾对PMMA燃烧特性的影响.结果表明,在细水雾扑灭PMMA火的不同阶段,主导灭火机理不同.在火焰抑制初期,火焰冷却与氧气稀释起主导灭火作用;但火焰完全被熄灭,依赖于细水雾对燃料表面的有效冷却.细水雾可以有效降低PMMA火的热释放速率与组分生成速率,但氧浓度的降低会使燃烧变得更加不充分,有毒产物的生成比例提高.细水雾对烟气也具有显著的洗涤与冲刷作用,不仅提高了火场的能见度,还能吸附与溶解有毒产物,促使烟颗粒凝聚,从而降低聚合物火灾烟气的危害性.     

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.     

受限空间细水雾作用下烟气温度变化规律研究

利用热电偶测量细水雾作用下烟气层不同高度温度,研究雾滴粒径、雾通量和喷头与火源的水平距离等因素对平均细水雾降温速率（V）的影响规律．揭示了细水雾抑制火灾烟气温度的主导机理．利用实验数据推导V与雾通量之间的数学关系,建立V空间分布的三维数学模型,为细水雾技术用于火灾烟气抑制提供理论基础和必要的设计参数．     

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。     

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．     

细水雾有效雾通量的称重法测量研究

雾通量是影响细水雾灭火性能的关键参数之一,前人研究它对灭火性能影响时,通常分析的是细水雾的总通量.为了将与火焰或燃料发生相互作用的细水雾从总量中加以区分,定义这部分雾通量为有效雾通量.测量雾通量主要有两种方法,一种是量杯收集法,另一种是间接测量积分计算法.在量杯收集法的基本思路上,提出了有效雾通量的称重测量法.通过建立细水雾发生系统与电子天平实时称重系统,实验验证了称重法测量的可行性.结果表明:称重法可以实时、有效获得细水雾的有效雾通量;且不同高度平均雾通量随高度变化的规律与一定假设前提下的理论推导结果能够较好地吻合,由此得到了有效雾通量空间分布的近似计算方法.在计算获得了有效雾通量空间分布的基础上,如果通过实验得到有效雾通量与细水雾灭火性能的对应关系,就可以分析出不同雾场不同区域的灭火性能分布,有效减少灭火实验次数.     

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。     

感应式荷电细水雾对瓦斯爆炸传播速度的影响

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸火焰传播速度的抑制效果及抑爆机理,基于静电感应原理,设计荷电细水雾发生及其瓦斯抑爆装置,并开展一系列荷电细水雾抑制瓦斯爆炸的实验研究。分析在不同荷电极性、荷电电压及雾通量下,荷电细水雾对爆炸火焰传播速度的影响。研究结果表明:与普通细水雾相比,荷电细水雾能更有效地降低瓦斯爆炸火焰传播速度,且随着荷电电压的增大,荷电细水雾对火焰传播速度的抑制效果显著增强;同时荷负电荷的细水雾抑爆效果比荷正电荷的细水雾更好。当细水雾加载电压为8 k V时,火焰平均传播速度下降62.12%,火焰瞬时速度下降45.67%。     

复合型添加剂增强细水雾灭火性能研究

采用实验模拟研究了自制复合型添加剂对细水雾灭火性能的影响．重点考察了细水雾灭火有效性随添加剂浓度的变化规律．结果表明：复合型添加剂显著增强了细水雾的灭火性能，最大可缩短灭火时间5～8倍。并且随着细水雾中添加剂含量的不断增加，油池火的灭火时间呈现出先快速下降，尔后略微增长的趋势；而木垛火的灭火时间则表现为平缓下降，并趋于饱和．对应最短灭火时间，油池火的最佳添加剂灭火浓度约为临界胶束浓度（CMC）的2～3倍，木垛火的最佳添加剂灭火浓度为临界胶束浓度的（CMC）8～10倍．含添加剂细水雾扑灭火焰是物理化学复合作用机制，但主导灭火机理是燃料表面的冷却与隔离作用．并且对于油池火，添加剂灭火关键是表面活性剂在油面快速成膜．而对于木垛火，添加剂灭火关键是在表面覆盖较厚泡沫层．