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(wú)毒、價(jià)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(guó)內(nèi)外的很多研究機(jī)構(gòu)正致力于開(kāi)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(jiǎn)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(duì)細(xì)水霧霧場(chǎng)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(jì)的系統(tǒng)研究了氣泡霧化噴嘴的流量特性，并通過(guò)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(chǎng)結(jié)構(gòu)及液相破碎過(guò)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(dòng)從穩(wěn)定的泡狀流態(tài)變化到不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)，再到相對(duì)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(dòng)模型來(lái)獲得泡狀流態(tài)和過(guò)渡態(tài)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。而基于漂移流動(dòng)模型，使用截面含氣率和流動(dòng)的關(guān)系來(lái)模擬環(huán)狀流動(dòng)可以獲得過(guò)渡態(tài)和環(huán)狀流態(tài)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)

4、于我們的實(shí)驗(yàn)，泡狀流態(tài)至過(guò)渡態(tài)的α<,max>=0.7，過(guò)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(dòng)時(shí)，氣泡爆破將周?chē)耗羲槌尚∫旱?，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(dòng)時(shí)，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(guò)渡態(tài)流動(dòng)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(duì)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(cè)量了不同工況下氣泡霧化細(xì)水霧的四個(gè)霧特性參數(shù)，其中應(yīng)用激光多普勒分析儀測(cè)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(cè)量細(xì)水霧的霧化錐角，使用收集法測(cè)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(duì)這四個(gè)霧特性參數(shù)的影響。根據(jù)氣泡霧化噴嘴內(nèi)部?jī)上嗔餍妥兓瘜?dǎo)致的霧滴形成機(jī)理的不同對(duì)Lund等人預(yù)測(cè)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(duì)霧滴粒徑

6、進(jìn)行預(yù)測(cè)，模型計(jì)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(jì)的氣泡霧化噴嘴進(jìn)行了對(duì)防火保護(hù)對(duì)象的局部釋放工況和全淹沒(méi)工況下的滅火有效性實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了滅火過(guò)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(dòng)態(tài)變化過(guò)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(duì)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(duì)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，