氣泡霧化細(xì)水霧滅火有效性模擬研究.pdf

1、細(xì)水霧作為哈龍?zhí)娲分?，由于滅火高效、無毒、價格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)良特性，在全球范圍內(nèi)受到普遍重視并得到廣泛研究。傳統(tǒng)的細(xì)水霧發(fā)生方法都有著或多或少的缺點(diǎn)和局限性，因此國內(nèi)外的很多研究機(jī)構(gòu)正致力于開發(fā)研究新型的細(xì)水霧發(fā)生方法，以充分發(fā)揮細(xì)水霧滅火技術(shù)的優(yōu)越性，使其能在更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用。氣泡霧化技術(shù)作為一種新型的內(nèi)混式雙流體霧發(fā)生技術(shù)具有工作壓力低、霧化效果好、用氣量少以及簡單可靠等眾多優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)在內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、工業(yè)鍋爐、廢

2、液焚化爐和制藥等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但在滅火方面的應(yīng)用仍屬于空白。 本文根據(jù)氣泡霧化技術(shù)的特點(diǎn)及有效滅火對細(xì)水霧霧場特性的要求，首先研究發(fā)展了基于氣泡霧化的細(xì)水霧發(fā)生方法，并構(gòu)建了氣泡霧化細(xì)水霧發(fā)生的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。然后使用所設(shè)計的系統(tǒng)研究了氣泡霧化噴嘴的流量特性，并通過擬合分析求出了液體流量與GLR(氣液質(zhì)量流量比)和氣體注入壓力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氣泡霧化噴嘴的流量系數(shù)主要受到氣液流量比、注入壓力以及噴嘴結(jié)構(gòu)等的影響。

3、 利用高速攝影的方法研究了氣泡霧化噴嘴內(nèi)部的兩相流型和噴嘴外部的霧場結(jié)構(gòu)及液相破碎過程，分析了氣泡霧化的機(jī)理。結(jié)果表明，隨著液體流量的減小和GLR的增大，氣泡霧化噴嘴內(nèi)部的兩相流動從穩(wěn)定的泡狀流態(tài)變化到不穩(wěn)定的過渡態(tài)，再到相對穩(wěn)定的環(huán)狀流態(tài)。選取合適的最大截面含氣率α<,max>值，可用漂移流動模型來獲得泡狀流態(tài)和過渡態(tài)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。而基于漂移流動模型，使用截面含氣率和流動的關(guān)系來模擬環(huán)狀流動可以獲得過渡態(tài)和環(huán)狀流態(tài)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。對

4、于我們的實(shí)驗(yàn)，泡狀流態(tài)至過渡態(tài)的α<,max>=0.7，過渡態(tài)至環(huán)狀流態(tài)的α<,max>=0.784。當(dāng)噴嘴內(nèi)部為泡狀流動時，氣泡爆破將周圍液膜擊碎成小液滴，而兩層氣泡之間的帶狀液膜則破碎為大液滴。當(dāng)噴嘴內(nèi)部為環(huán)狀流動時，連續(xù)噴出的氣體在噴口附近很短的距離內(nèi)由于膨脹和剪切作用將液膜破碎成液絲和液滴。過渡態(tài)流動下，噴霧則間歇顯示出泡狀流態(tài)和環(huán)狀流態(tài)下的模式。由于噴嘴內(nèi)部流型的轉(zhuǎn)變，氣泡霧化細(xì)水霧存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，其變化規(guī)律與兩相流型是對應(yīng)

5、的。 作為氣泡霧化細(xì)水霧滅火性能研究的基礎(chǔ)，測量了不同工況下氣泡霧化細(xì)水霧的四個霧特性參數(shù)，其中應(yīng)用激光多普勒分析儀測量細(xì)水霧的平均粒徑和三維平均速度分布，應(yīng)用激光片光和CCD成像法測量細(xì)水霧的霧化錐角，使用收集法測量霧通量的分布，討論分析了工作壓力、氣液流量比和噴嘴結(jié)構(gòu)對這四個霧特性參數(shù)的影響。根據(jù)氣泡霧化噴嘴內(nèi)部兩相流型變化導(dǎo)致的霧滴形成機(jī)理的不同對Lund等人預(yù)測霧滴粒徑的模型進(jìn)行了改進(jìn)，以能在更寬的GLR范圍內(nèi)對霧滴粒徑

6、進(jìn)行預(yù)測，模型計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差在±20％內(nèi)。 使用自行設(shè)計的氣泡霧化噴嘴進(jìn)行了對防火保護(hù)對象的局部釋放工況和全淹沒工況下的滅火有效性實(shí)驗(yàn)，測量了滅火過程中火焰形態(tài)，火焰、油面、空間溫度和O<,2>、CO<,2>、CO濃度的動態(tài)變化過程，研究了不同霧化氣體與細(xì)水霧耦合作用下的滅火機(jī)理，并具體對噴嘴工作參數(shù)、燃料類型、噴嘴類型、通風(fēng)狀況以及霧化氣體類型等因素對于氣泡霧化細(xì)水霧抑制熄滅火災(zāi)有效性的影響規(guī)律和定量關(guān)系進(jìn)行了分析，