直通式旋流細(xì)水霧噴嘴霧化理論分析及滅火實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著哈龍滅火劑的限用和面臨的淘汰，細(xì)水霧滅火技術(shù)以其無(wú)環(huán)境污染、滅火迅速、耗水量低、對(duì)防護(hù)對(duì)象破壞性小等特點(diǎn)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(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已使用的細(xì)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(jià)高，已嚴(yán)重影響了細(xì)水霧滅火技術(shù)的推廣應(yīng)用。在各種細(xì)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(jì)的滅火系統(tǒng)能否滿足不同滅火場(chǎng)合的使用要求。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的高壓霧

2、化噴嘴大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)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(jiǎn)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(xì)水霧噴嘴，對(duì)細(xì)水霧滅火技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用意義重大。 在國(guó)內(nèi)火災(zāi)科學(xué)研究領(lǐng)域，目前尚沒(méi)有人將噴嘴結(jié)構(gòu)—霧化機(jī)理—霧場(chǎng)參數(shù)—滅火效果作為一個(gè)系統(tǒng)工程開(kāi)展研究，本研究通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)獲得第一手資料，進(jìn)而對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)、霧化機(jī)理、霧場(chǎng)參數(shù)、滅火效果之間的關(guān)系進(jìn)行深入探討，完成的研究工作及取得的主要進(jìn)展如下：

3、 1．本課題在研究過(guò)程中，首先設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)證的方法，對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)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(duì)噴嘴內(nèi)外部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)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(yùn)動(dòng)分析入手，建立了霧滴運(yùn)動(dòng)方程。針對(duì)典型滴徑及不同出口初速度的霧滴運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行了

4、數(shù)值計(jì)算，得出了細(xì)水霧霧滴的基本運(yùn)動(dòng)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(jìn)行噴嘴的冷態(tài)霧化試驗(yàn)，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的中低壓?jiǎn)瘟黧w直通旋流霧化噴嘴霧化效果良好，在眾多的消防滅火場(chǎng)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(xì)水霧滅火系統(tǒng)初期投入，同時(shí)也使系統(tǒng)的運(yùn)行安全性得以提高。 4．開(kāi)展了細(xì)水霧在外部風(fēng)流擾動(dòng)下滅火效果的

5、模擬實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。建立了外界風(fēng)流作用下細(xì)水霧的滅火模型，并且進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明細(xì)水霧在無(wú)風(fēng)和擾動(dòng)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(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展了細(xì)水霧熄滅受限空間煤油池火試驗(yàn)研究，考察了通風(fēng)狀況、預(yù)燃時(shí)間及工作壓力等因素對(duì)滅火時(shí)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(guò)試驗(yàn)和定性分析，提出細(xì)水霧熄滅受限空間油池火的主導(dǎo)機(jī)理為氣相冷卻和火焰冷卻，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了