基于蒸汽輔助霧化的氣動式細水霧發(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，對氣動式細水霧的發(fā)生方法進行了研究，并對其霧化機理和霧場特性進行了研究，同時對局部保護工況下和全淹沒工況下進行了滅火有效性模擬實驗研究，最后分析了氣動式細水霧與火焰的相互作用，對氣體霧化介質(zhì)和氣動式細水霧熄滅油池火過程中的火焰膨脹現(xiàn)象進行了較詳細的研究。
　　 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、好的細水霧。
　　 （2）對氣動式細水霧的霧化機理進行了研究，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）對氣動式細水霧的霧場特性進行了診斷，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）對局部保護工況下和全淹沒工況下的滅火有效性模擬實驗進行了研究。（5）對氣動式細水霧與火焰的相互作用進行了研究，詳細分析了氣體霧化介質(zhì)和氣動式細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值進行了計算，對蒸汽的冷凝量進行了測量。利用高速攝影儀對氣動式細水霧的霧化機理進行了研究，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。當軸線距離超過0.4 米時，溫度降至60℃以下；而當軸線距離超過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，對高速攝影相機所拍攝到的霧場圖像進行了粒徑的估算。估算結(jié)果表明，GLR值高于一定數(shù)值時，霧滴平均粒徑能達到細水霧的霧滴粒徑要求。進一步的分析表明，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行了重建，構(gòu)建了不同GLR值時細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值的細水霧霧通量進行了測量。測量結(jié)果表明，霧場具有良好的對稱性。
　　 在細水霧滅火有效性進行了模擬實驗研究部分。本文設(shè)計了局部保護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，分析了細水霧熄滅油池火過程的幾個典型階段。分析了兩種保護工況條件下氣動式細水霧熄滅油池火的主導(dǎo)滅火機理。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，分析了局部保護條件

7、下氣動式細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，本文進行了深入地分析。為了研究火焰膨脹的機理，本文先以單純的霧化介質(zhì)（即蒸汽）為滅火劑進行研究，構(gòu)建了局部保護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，細水霧霧滴可能到達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