細(xì)化粉基滅火介質(zhì)與火焰相互作用的模擬實驗研究.pdf

1、哈龍滅火劑的停止生產(chǎn)和使用，使得哈龍?zhí)娲茖W(xué)與技術(shù)成為火災(zāi)安全領(lǐng)域國際前沿?zé)狳c之一，各國都在積極研究對臭氧層無害的哈龍?zhí)娲鷾缁鸾橘|(zhì)。與其它滅火介質(zhì)相比，粉基滅火介質(zhì)具有滅火時間短，環(huán)境毒性低，適合缺水地區(qū)和易于長期存儲等優(yōu)點，因此粉基滅火介質(zhì)的研究得到了各國研究者的重視。在眾多哈龍滅火介質(zhì)替代技術(shù)研究中，優(yōu)化介質(zhì)組成、篩選和設(shè)計更好的滅火介質(zhì)釋放方式、探究滅火介質(zhì)和火焰之間相互作用機(jī)制、擴(kuò)大滅火介質(zhì)的應(yīng)用范圍等一直都是研究的重點。

2、 為了發(fā)展新型粉基滅火技術(shù)，本文首先在經(jīng)過分析現(xiàn)有粉基介質(zhì)的優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，提出了粉基介質(zhì)篩選、復(fù)配、細(xì)化的三步路線。通過細(xì)化、復(fù)配等手段，篩選出七種粉基滅火介質(zhì)。針對影響粉基介質(zhì)滅火的關(guān)鍵因素，重點對粉基介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、X射線元素分析、熱重及紅外光譜等物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)測試。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：無論是購置的納米氫氧化鎂粉基介質(zhì)，還是細(xì)化后的粉體1號和2號介質(zhì)以及K-powder等粉基介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、光譜性質(zhì)、熱分解性能、表面性質(zhì)等均與未

3、細(xì)化的粒徑較大的普通干粉粒子有明顯區(qū)別。同時綜合測試結(jié)果證明K-powder中KHCO<,3>已和無機(jī)及有機(jī)改性劑有效復(fù)合，形成微米級的細(xì)小顆粒。 論文接著通過建立不同尺度的實驗裝置，經(jīng)過多種工況的實驗研究，比較了不同粉基介質(zhì)的滅火性能，實驗發(fā)現(xiàn)隨著粉基介質(zhì)粒徑的減小，其滅火性能逐漸提高。同時不同的噴粉高度、壓力、出粉方式均會影響粉基抑制火焰的時間和降低溫度的效率。 隨后，本文在分析比較多種簡單火焰實驗裝置的基礎(chǔ)上，選擇

4、同軸流動Cup Burner裝置作為研究粉基滅火介質(zhì)與擴(kuò)散火焰相互作用過程的實驗平臺。依據(jù)Cup Burner裝置的設(shè)計思想和輸運(yùn)固體粉基的要求，分別構(gòu)建了Cup Burner實驗臺、輸粉裝置和測量設(shè)備，組成了小尺度粉基介質(zhì)與擴(kuò)散火焰相互作用的實驗裝置，并對各個組成部分的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在此基礎(chǔ)上對由本文Cup Burner裝置產(chǎn)生的甲烷/空氣擴(kuò)散火焰特性開展了詳細(xì)的實驗研究。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過流化床輸粉裝置可以觀察Cup Burn

5、er中，火焰隨著粉基介質(zhì)輸運(yùn)量的增加而出現(xiàn)失穩(wěn)、變色、以致最后熄滅的動態(tài)過程。通過觀察發(fā)現(xiàn)：擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)對粉基介質(zhì)抑制的性能影響顯著。Cup Burner裝置中火焰熄滅過程屬于典型的動態(tài)吹熄過程。因此，實際滅火時采取合適的方法(如化學(xué)抑制、改變粉基介質(zhì)噴射方式等)破壞火焰根部的預(yù)混燃燒條件是撲滅火災(zāi)最有效的途徑。此外還在CupBumer裝置中測量了不同粉基介質(zhì)的滅火濃度，實驗結(jié)果表明本文中合成復(fù)配細(xì)化得到K-powder及細(xì)化粉體2號的

6、滅火濃度均已達(dá)到或超過普通BC干粉，目．滅火濃度要大大高于其他傳統(tǒng)滅火將介質(zhì)。通過粉基介質(zhì)作用前后火焰發(fā)射光譜圖比較分析，證實加入粉基滅火介質(zhì)后，甲烷燃燒鏈反應(yīng)自由基得到了消耗，同時出現(xiàn)了滅火介質(zhì)獨有的含K，Na等原子自由基的特征峰。在接下來的論文章節(jié)中，通過引入Damkohler數(shù)(Dn)，對火焰的熄滅進(jìn)行了理論分析。分析指出粉基介質(zhì)主要是通過熱機(jī)制(冷卻氣相火焰)以及均相、異相化學(xué)機(jī)制來實現(xiàn)火焰抑制的。由于化學(xué)成分組成各異，導(dǎo)致粉基

7、介質(zhì)的熱分解溫度、熱分解吸熱、熱分解產(chǎn)物都各不相同，因此不同組分的粉基介質(zhì)的熱機(jī)制也不盡相同。隨后結(jié)合網(wǎng)格淬熄理論和顆粒粒徑在火焰中變化公式對粉基顆粒在火焰區(qū)的運(yùn)動以及粒徑對滅火機(jī)制的影響等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。由于與普通BC干粉相比，經(jīng)過細(xì)化的粉基顆粒單個粒徑更小，分布間隙更加致密，在實際抑制火焰時，小粒徑的粉基介質(zhì)能夠形成更加致密的顆粒“云團(tuán)”網(wǎng)格，單位體積“云團(tuán)”內(nèi)能夠容納更多發(fā)揮“冷壁”吸熱機(jī)制及化學(xué)抑制機(jī)制的顆粒，從而提高了滅火性能

8、。同時由于粒徑較小的粉基介質(zhì)，在火焰區(qū)的氣化以及分解時間明顯短于大粒徑顆粒，在相同的火焰溫度區(qū)時，小粒徑顆粒擁有較短的分解時間，更易于發(fā)揮其化學(xué)抑制作用。 最后，對粉基介質(zhì)滅火系統(tǒng)的設(shè)計及其在超高層建筑火災(zāi)防治中的應(yīng)用提出了建議：由于超高層建筑有著不同的類型和用途，粉基介質(zhì)的應(yīng)用應(yīng)該針對不同建筑中的典型功能區(qū)和建筑結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮粉基介質(zhì)滅火高效，輸送方法多樣的優(yōu)點，將清潔、高效、無毒的超細(xì)粉基滅火技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑火災(zāi)的防護(hù)，