直通式旋流細水霧噴嘴霧化理論分析及滅火實驗研究.pdf

1、隨著哈龍滅火劑的限用和面臨的淘汰，細水霧滅火技術(shù)以其無環(huán)境污染、滅火迅速、耗水量低、對防護對象破壞性小等特點展示出廣闊的應(yīng)用前景，目前已成為火災(zāi)科學(xué)前沿研究熱點之一。國內(nèi)現(xiàn)已使用的細水霧滅火系統(tǒng)，其系統(tǒng)壓力多屬高壓范疇，因高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程造價高，已嚴重影響了細水霧滅火技術(shù)的推廣應(yīng)用。在各種細水霧滅火系統(tǒng)中，霧化噴嘴是系統(tǒng)的核心部件之一，噴嘴霧化性能的優(yōu)劣直接影響著所設(shè)計的滅火系統(tǒng)能否滿足不同滅火場合的使用要求。目前國內(nèi)開發(fā)的高壓霧

2、化噴嘴大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行參數(shù)多且難以控制。因此，研制出一種體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，加工、安裝方便，在中、低壓范圍內(nèi)霧化效果較好的單相細水霧噴嘴，對細水霧滅火技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用意義重大。 在國內(nèi)火災(zāi)科學(xué)研究領(lǐng)域，目前尚沒有人將噴嘴結(jié)構(gòu)—霧化機理—霧場參數(shù)—滅火效果作為一個系統(tǒng)工程開展研究，本研究通過大量的實驗獲得第一手資料，進而對噴嘴結(jié)構(gòu)、霧化機理、霧場參數(shù)、滅火效果之間的關(guān)系進行深入探討，完成的研究工作及取得的主要進展如下：

3、 1．本課題在研究過程中，首先設(shè)計出了一種結(jié)構(gòu)新穎的中、低壓旋流霧化噴嘴，然后采用理論研究、數(shù)值模擬、試驗驗證的方法，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。通過對噴嘴結(jié)構(gòu)和霧化特性參數(shù)之間關(guān)系的探討，建立了相應(yīng)的理論模型，借助于FLUENT軟件對噴嘴內(nèi)外部流場進行數(shù)值模擬，研究噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對霧化性能的影響，為參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。 2．從霧滴在空氣中的受力運動分析入手，建立了霧滴運動方程。針對典型滴徑及不同出口初速度的霧滴運動狀況進行了

4、數(shù)值計算，得出了細水霧霧滴的基本運動規(guī)律，確定了終端速度與滴徑呈平方關(guān)系和線性關(guān)系的分界直徑為80μm。 3．在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，進行噴嘴的冷態(tài)霧化試驗，對模擬結(jié)果進行了驗證。研究結(jié)果表明，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的中低壓單流體直通旋流霧化噴嘴霧化效果良好，在眾多的消防滅火場合完全可以替代現(xiàn)有的高壓霧化噴嘴和兩相流霧化噴嘴，可大幅降低細水霧滅火系統(tǒng)初期投入，同時也使系統(tǒng)的運行安全性得以提高。 4．開展了細水霧在外部風(fēng)流擾動下滅火效果的

5、模擬實驗研究和數(shù)值模擬。建立了外界風(fēng)流作用下細水霧的滅火模型，并且進行了驗證，結(jié)果表明細水霧在無風(fēng)和擾動風(fēng)速下均能將火撲滅，在臨界風(fēng)速下不能將火撲滅。 5．建立了試驗平臺，開展了細水霧熄滅受限空間煤油池火試驗研究，考察了通風(fēng)狀況、預(yù)燃時間及工作壓力等因素對滅火時間的影響，得出受限空間燃燒的池火火焰存在核心反應(yīng)區(qū)、通風(fēng)控制區(qū)和燃料控制區(qū)。通過試驗和定性分析，提出細水霧熄滅受限空間油池火的主導(dǎo)機理為氣相冷卻和火焰冷卻，通過試驗驗證了