基于蒸汽輔助霧化的氣動式細(xì)水霧發(fā)生方法及滅火有效性模擬實驗研究.pdf

1、本文設(shè)計了一液體注入尺寸可調(diào)節(jié)的霧化噴嘴，對氣動式細(xì)水霧的發(fā)生方法進(jìn)行了研究，并對其霧化機(jī)理和霧場特性進(jìn)行了研究，同時對局部保護(hù)工況下和全淹沒工況下進(jìn)行了滅火有效性模擬實驗研究，最后分析了氣動式細(xì)水霧與火焰的相互作用，對氣體霧化介質(zhì)和氣動式細(xì)水霧熄滅油池火過程中的火焰膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。
　　 本文的主要工作包括以下幾個方面：（1）基于雙流體霧化的理論，設(shè)計了一可調(diào)節(jié)式的Y 型噴嘴，并采用蒸汽為霧化介質(zhì)，產(chǎn)生了霧化效果良

2、好的細(xì)水霧。
　　 （2）對氣動式細(xì)水霧的霧化機(jī)理進(jìn)行了研究，分析了霧化過程中液環(huán)的形成，以及液環(huán)與液膜的相互作用。（3）對氣動式細(xì)水霧的霧場特性進(jìn)行了診斷，分析測量了霧場溫度分析、霧滴平均粒徑、霧滴三維平均速度分布規(guī)律、霧化錐角以及霧通量。（4）對局部保護(hù)工況下和全淹沒工況下的滅火有效性模擬實驗進(jìn)行了研究。（5）對氣動式細(xì)水霧與火焰的相互作用進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了氣體霧化介質(zhì)和氣動式細(xì)水霧熄滅油池火過程中的火焰膨脹現(xiàn)象。

3、>　　 在霧發(fā)生方法及霧化機(jī)理研究部分。本文的實驗中選擇惰性的蒸汽作為霧化介質(zhì)，實現(xiàn)了霧化效果良好的霧場。霧場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、對稱，在0.6Mpa的氣源壓力和0.5Mpa的水源壓力下實現(xiàn)了約10m的噴霧距離。對氣液質(zhì)量流量比GLR值進(jìn)行了計算，對蒸汽的冷凝量進(jìn)行了測量。利用高速攝影儀對氣動式細(xì)水霧的霧化機(jī)理進(jìn)行了研究，分析了液環(huán)的形成，以及液膜與液環(huán)之間的相互作用，分析了“樹根結(jié)構(gòu)”形成的原因。
　　 在霧場特性測量部分。首先，由于

4、本文所使用的霧化介質(zhì)為蒸汽，本文對霧場的溫度分布情況進(jìn)行了測量，測量結(jié)果表明，霧場溫度隨著軸線的延長而呈指數(shù)式下降。當(dāng)軸線距離超過0.4 米時，溫度降至60℃以下；而當(dāng)軸線距離超過1.9m 時，溫度降至30℃以下。其次，基于數(shù)字圖像二值化的方法，對高速攝影相機(jī)所拍攝到的霧場圖像進(jìn)行了粒徑的估算。估算結(jié)果表明，GLR值高于一定數(shù)值時，霧滴平均粒徑能達(dá)到細(xì)水霧的霧滴粒徑要求。進(jìn)一步的分析表明，固定水的質(zhì)量流率時，GLR值越高，霧滴粒徑越小。

5、同時，由于本文采用的只是一種近似的計算方法，實際的平均霧滴粒徑值應(yīng)比計算值更小。第三，利用DPIV的方法對霧場速度場進(jìn)行了重建，構(gòu)建了不同GLR值時細(xì)水霧霧場的二維速度場。第四，通過圖像二值化的方法對霧化錐角進(jìn)行了測量。第五，構(gòu)建集水裝置，利用“集水法”對不同GLR值的細(xì)水霧霧通量進(jìn)行了測量。測量結(jié)果表明，霧場具有良好的對稱性。
　　 在細(xì)水霧滅火有效性進(jìn)行了模擬實驗研究部分。本文設(shè)計了局部保護(hù)工況和全淹沒工況兩類滅火模擬實驗。

6、計算了酒精、汽油、柴油三種燃料在不同尺寸油盤中燃燒時的火源功率,研究分析了燃料類型，比較分析了燃料類型對實驗結(jié)果的影響，分析了細(xì)水霧熄滅油池火過程的幾個典型階段。分析了兩種保護(hù)工況條件下氣動式細(xì)水霧熄滅油池火的主導(dǎo)滅火機(jī)理。計算了不同尺寸液滴在不同溫度條件下的生存時間。比較分析了GLR值對全淹沒實驗結(jié)果的影響。
　　 在火焰膨脹現(xiàn)象研究部分。本文基于前人的研究，得到一個簡化的油池火模型，然后結(jié)合射流理論的知識，分析了局部保護(hù)條件

7、下氣動式細(xì)水霧中氣液兩相流與火焰的相互作用，區(qū)分了這一作用過程的幾個階段。針對細(xì)水霧熄滅油池火過程中火焰膨脹的這一特殊現(xiàn)象，本文進(jìn)行了深入地分析。為了研究火焰膨脹的機(jī)理，本文先以單純的霧化介質(zhì)（即蒸汽）為滅火劑進(jìn)行研究，構(gòu)建了局部保護(hù)條件下的蒸汽滅火實驗，然后基于蒸汽與火焰的相互作用過程，指出蒸汽射流對火焰中燃料蒸汽的擴(kuò)散沖擊作用導(dǎo)致了火焰的膨脹，對于這一膨脹現(xiàn)象，本文進(jìn)行了理論上的分析和估算。為了更好地表征火焰膨脹的尺度，本文定義了三

8、個火焰膨脹的三個特征參數(shù)，即火寬度比特征值、體積比特征值和輻射比特征值。利用這三個特征參數(shù)從不同的方面表征了火焰膨脹的現(xiàn)象。相應(yīng)的實驗結(jié)果表明，三個特征參數(shù)能較好地反映火焰膨脹的尺度。然后，本文針對氣動式細(xì)水霧與火焰的相互作用過程，指出導(dǎo)致火焰膨脹現(xiàn)象主要有兩方面的原因。一方面是氣液兩相射流對火焰的沖擊作用，與蒸汽導(dǎo)致火焰膨脹的原因一致；而另一方面，細(xì)水霧霧滴可能到達(dá)燃料中加熱的燃料表面，會影響燃料的蒸發(fā)。特別是對于柴油、汽油等不溶于水