細(xì)水霧與火災(zāi)煙氣相互作用的模擬研究.pdf

1、傳統(tǒng)的鹵代烷滅火劑對(duì)大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，自蒙特利爾公約簽訂以來(lái)，尋找合適的鹵代烷替代物已經(jīng)成為國(guó)際火災(zāi)科學(xué)研究的當(dāng)務(wù)之急。細(xì)水霧以其高效、穩(wěn)定、成本低、易于得到及對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，成為當(dāng)前國(guó)際火災(zāi)科學(xué)前沿的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。目前國(guó)際上關(guān)于細(xì)水霧與火災(zāi)煙氣相互作用的研究尚處于起步階段，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和場(chǎng)模擬的方法系統(tǒng)地研究了細(xì)水霧與煙氣的相互作用。 利用場(chǎng)發(fā)射掃描的方法，拍攝了細(xì)水霧作用前后柴油和橡膠燃燒產(chǎn)生的煙顆粒

2、形貌。通過(guò)煙顆粒采樣標(biāo)本的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在細(xì)水霧作用下煙顆粒的采樣平均直徑dA有所增大，表面密度ρS有所減小。研究表明細(xì)水霧主要通過(guò)動(dòng)力學(xué)作用、云物理學(xué)作用和斯蒂芬流輸運(yùn)機(jī)理來(lái)沖刷煙顆粒。粒徑較小的細(xì)水霧蒸發(fā)速率快，這使得火災(zāi)環(huán)境快速形成過(guò)飽和蒸汽，煙顆粒吸收了過(guò)飽和水蒸氣，體積和重量有所增大。粒徑較小的霧滴可長(zhǎng)時(shí)間懸浮在空中與煙顆粒發(fā)生凝聚、合并。速度較大的細(xì)水霧能夠更加有效的沖擊煙顆粒，強(qiáng)化煙顆粒與霧滴之間的碰撞和凝聚作用，加速了煙

3、顆粒的沉降過(guò)程。 通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方法在受限空間研究了細(xì)水霧作用下煙氣溫度的變化規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)霧通量的改變明顯的影響著細(xì)水霧的降溫速率，隨著霧通量增大細(xì)水霧的VTimea明顯增大；隨著霧滴粒徑的減小細(xì)水霧的VTimea變化幅度不大，只是略有增加。利用皮托管測(cè)量煙氣場(chǎng)的動(dòng)壓，計(jì)算給出了細(xì)水霧作用下煙氣與霧場(chǎng)的混合速度。研究表明粒徑和速度較小的細(xì)水霧造成的速度增量較小，粒徑和速度較大的細(xì)水霧造成的速度增量較大。細(xì)水霧對(duì)垂

4、直方向的混合速度影響較大，對(duì)水平方向的混合速度影響較小。 利用ISO9705火災(zāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究了細(xì)水霧作用下煙氣特性參數(shù)的變化規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)水霧施加之后，火場(chǎng)的氧氣濃度快速回升，一氧化碳濃度上升速度加快，二氧化碳濃度上升速度減慢，同時(shí)煙氣的消光系數(shù)、煙氣的輻射熱通量和煙氣的質(zhì)量密度快速下降。作者利用實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)，推導(dǎo)并給出了氧氣濃度回升量、一氧化碳濃度增大倍數(shù)、二氧化碳濃度衰減比例和煙氣質(zhì)量密度減小比例與通風(fēng)速率及

5、壓力的數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)速率明顯的影響著煙氣特性參數(shù)的變化規(guī)律，通風(fēng)作用即可提高火場(chǎng)氧氣濃度，助燃火焰，又可以破壞火焰燃燒的穩(wěn)定性，加速火焰熄滅。當(dāng)風(fēng)速小于1.5kg/s時(shí)，通風(fēng)造成的助燃火焰發(fā)揮主導(dǎo)作用，當(dāng)風(fēng)速大于1.5kg/s時(shí)，通風(fēng)造成的熄滅火焰發(fā)揮主導(dǎo)作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，火源熱釋放速率與煙氣特性參數(shù)變化規(guī)律具有密切的相關(guān)性，火源熱釋放速率是制約煙氣特性參數(shù)變化的主導(dǎo)因素，施加細(xì)水霧之后，隨著火源熱釋放速率的下降，氧氣濃度明顯回