细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究
细水雾与高倍泡沫联用灭油池火效能试验分析研究
其 喷射 出的致 密 压 力 细水 雾 ， 会 否 对 后 续 释放 的 高倍 泡沫产 生 消泡 而 影 响 灭火 效 能 ， 或 者 同时使
１ ． ２ ． １ 试验 场景 及火 源设置
用能否产生提高灭火效能， 是一个值得研究的课 题＿ ２ Ｊ 。从 以往 的研 究情 况来看 ， 还 缺少对 两个 系
机舱作 为船 舶 的心 脏部 位 ， 其 消 防安 全越 来 越 受 到 各 国政 府 部 门及 研 究 人 员 的高 度 重 视 。 ２ ０ ０ ２年生 效 的 国 际 人命 安 全公 约 （ Ｓ Ｏ Ｌ Ａ Ｓ ） 也 规 定５ ０ ０ ｔ 位 以上 的 客船 和 ２ ０ ０ ０ ｔ 级 以上 的货 船 ， 容积 超过 ５ ０ ０ ｍ ’的 Ａ类 机 器 处所 均 应 安 装 水基 即细 水雾 灭火 系统 。但从 世界 各 国科 研人 员所 开 展 的细水 雾灭 火 系统 的研 究 情 况来 看 ， 细水 雾 的 灭火 效能 依然 只 能作 为 辅 助灭 火 手 段 ， 扑 灭 或 控
进水 主管 道位 于 高倍 泡 沫 发 生器 左 侧 ， 支 系 管 路
系统 设有 ４层 ， 安装 高度分 别为 １ ． ５ 、 ４ 、 ７和 １ ０ １ ３ ３ ，
１ 试验项 目
１ ． １ 高倍 泡沫 系统 灭火试 验
１ ． １ ． １ 试 验场 景及火 源设 置
通 过管道 截止 阀 进行 控 制 ； 每 层 高 度 细水 雾 管 路 上 间隔 ２ ． ５ １ Ｔ Ｉ 设 置一 只细 水 雾 喷头 ， 每 层 管 网共 安 装有 ４ ２只细 水雾 喷头 ， 细水雾 系统 喷雾 工作 压 力为 ０ ． ８ ＭＰ ａ 。高 倍 泡 沫 发 生 器 流量 为 １ ２ Ｌ ／ ｓ ，
细水雾灭汽油火的研究
单相流无添加剂细水雾灭汽油火的分析摘要：单相流无添加剂的细水雾是目前应用最广泛的，其扑灭低闪点类液体流淌火灾尚存在一定难度，是当前火灾科学研究的热点之一，为了拓展细水雾的应用领域，探索工程应用参数，我们经过了多年反复研制与火灾试验。
关键词：细水雾；灭汽油火；试验一、引言细水雾系统的研发与应用越来越多，但能适用于扑灭汽油类低闪点B类液体的不多。
扑灭这类火情，要求细水雾的直径小，汽化吸热快，还取决于对燃烧火羽及热气流的包裹及穿透、燃料热汽化速度的压制、油池与油盘温度的降低和油池死角部位的覆盖等效应。
二、细水雾喷头在工作压力范围内能喷放的专用喷头，国内外细水雾喷头的雾化结构有：切向旋涡、斜切槽离心、斜板雾化、斜孔离心、弹簧雾化、多头螺纹，多头圆锥螺纹、多头圆锥变距螺旋槽、溅水盘撞击雾化、圆头撞击雾化、击针撞击雾化等。
不同的火灾，需要不同的喷头结构，我们经反复测试，最后选定一雾化结构，该喷头在4MPa时，D vf0.5为75um，D vf0.99为145um；6MPa时，D vf0.5为70um，D vf0.99为125um；8MPa时，D vf0.5为65um，D vf0.99为120um。
Dvf 值所描述的是雾滴的大小，f是雾滴直径从0到某一数值（Dvf的值）的累计体积与总累计体积之比。
这与喷头的灭火效能存在很大关系，并且各种直径雾滴所占的百分比、雾滴的初速、动能与雾化角度、布置间距及角度等对不同的火情有着不同的要求，需要火灾实体模型来验证。
喷嘴与雾化芯选用耐腐蚀与耐磨性较高的材质，以满足在高压高速水流下不被冲刷扩大变形，确保使用寿命。
进水口配置直流预紧式立体成型过滤网、防误喷开启机构，出水口配置非金属大红防尘罩。
三、细水雾系统的配置水源、过滤器、高压泵组，分区控制阀、细水雾喷头、管道。
具自动、手动及就地应急启动，特殊的电气设计实现高压水泵空载启动、停止，延长可高压水泵的运转寿命；在不同的输出流量下自动卸载溢流，避免管道及阀门附件受高压水锤冲击而损坏。
狭长空间纵向通风条件下细水雾抑制油池火的实验研究
狭长空间纵向通风条件下细水雾抑制油池火的实验研究隧道类狭长空间建筑的日益发展在给日常生活带来便利的同时也给火灾防治带来了许多新的问题。
同时,随着科技的进步,社会对狭长空间火灾的防治提出了更高的要求。
细水雾灭火技术由于清洁、高效、对人员和设备安全、用水量少等诸多优点而备受青睐,并且近年来在交通隧道及电缆隧道等狭长空间中逐步得到推广应用,而狭长空间通风条件下细水雾灭火的相关研究相对滞后。
为此,本文选取纵向通风这一狭长空间的典型通风方式,通过实验模拟和理论分析,就狭长空间纵向通风条件下细水雾抑制油池火的机理开展较为系统的研究。
为方便实验研究工作的开展,首先建立了小尺度狭长空间模拟实验台,并对实验台的气流分布特性进行了测量校正。
通过三维LDV/APV系统对静止无风条件下的细水雾雾场进行测量,并利用DPIV技术对纵向通风条件下的细水雾雾场特性进行了实验测量,基于以上实验数据对狭长空间内纵向通风对细水雾雾场的影响进行了理论分析。
参考前人的工作,对现有小型燃烧风洞进行了改造,并在风洞内较为细致地开展了纵向通风条件下油池火燃烧特性的实验研究。
从能量守恒的角度出发,对纵向通风条件下典型液体燃料池火的燃烧过程进行对比研究,给出了各燃料池火燃烧速率随纵向通风风速的变化规律,并对通风加速各燃料池火燃烧速率的加速效应进行了分析。
在风洞内开展了不同辐射强度下酒精的蒸发速率受纵向通风风速影响的实验研究,对不同纵向通风风速条件下酒精池火的热反馈特性进行了实验测量,并在此基础上探讨纵向通风对酒精池火燃烧速率的影响机理。
在无细水雾作用条件下临界纵向抑制风速预测模型的基础上,从火灾区能量守恒出发,建立了细水雾作用下临界纵向抑制风速的预测模型。
在狭长空间模拟实验台上分别开展了细水雾施加前后临界纵向抑制风速的实验研究。
将未施加细水雾时的测量结果与前人预测模型的预测值进行了对比,并根据测量结果对未施加时临界纵向抑制风速预测模型中的系数进行了拟合,在此基础上结合细水雾作用下临界纵向抑制风速的测量结果及纵向通风条件下细水雾雾场在烟气层内吸热的计算结果对本文细水雾作用下临界纵向抑制风速预测模型的准确性进行了验证。
细水雾与液体燃料火焰相互作用的小尺度实验研究及简化模型
余 液体重新 点火 。 实验时 ， 首先 将数据 采集 系统处 于触 发状 态 ， 然后 点火 ， 电偶采 集 的温 度信 号 经直 流放 大器 热
放大 ， 入数 据采集 控制单 元 ， 送 由计算机 对温 度信
号进行 实时 的采样 、 处理 。 用秒表 和计算 机采集 系 统记 录时 间 ， 数码 摄像 机 记录 的序 列摄 像 照 片 用 来进行 验证 ， 终确 定火焰 熄灭时 间 。 最 实 验 针对 小 尺度条 件 ， 未考 虑 与真实 火 灾 的
收 稿 日期 ：２ ０ —９１ ； 修 回 日期 ｔ２０ —１０ ． ０ ５０． ２ ０ ６０ —５ 基 金项 目 ：江 苏 省 自然 科 学 基 金 资 助项 目（ Ｋ２ ０ Ｏ ９． Ｂ ０１５） 作者简介：余永刚（ ９ ３） １６ ． ，男。教授 ， 博士 ，博士生导 师。研究方向为瞬态燃烧新型灭火技术等．
摘要 ：细水雾灭火技术是可以替代哈龙灭火剂的绿色灭火技术。 以此为工程背景， 开展了细水雾与液体燃料
火 焰 相 互 作 用 的小 尺 度 实 验 研 究 ， 结果 表 明 ： 燃 时 间、 雾 气压 、 水 雾 气 源 种 类 等 参 数 对 灭 火 过 程有 重 要 预 喷 细 影 响 。 水 雾 抑 制 熄 灭液 体 燃 料 火 焰 的主 要 机理 是燃 料表 面 冷 却 效 应 。 立 的液 体 燃 料平 均 温 度 零 维 简 化模 细 建
型 与 实验 结 果 吻合 较 好 。
关键词 ： 水 雾；小 尺度 实验 ；油池 火 ；温度测 量 ； 火 细 灭
中图分 类号 ： ３ Ｘ９ ２ 文献标识 码 ： Ａ
Ｏ 引
言
作 。 国科 技大学 的姚斌 等开展 了细水雾 与 固体 、 中 液 体火焰 相互作 用机理 的研 究［ ］本 文通 过细水 ６。 雾与 汽油 、 精 油池 火焰 相互 作 用 的小尺 度实 验 酒 研究 ， 测量 了在 细水 雾作 用前 后 油池 温度 变化 情
细水雾灭火技术的研究
细水雾灭火技术的研究姚 斌 范维澄 廖光煊 (中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室)【摘 要】 细水雾灭火技术主要通过汽化隔氧、冷却燃料和氧化剂以及吸收部分热辐射等效应与火相互作用,降低燃烧化学反应速率和火焰传播速率,达到控制和扑灭火灾的目的,不会产生“二次性环境污染”,可以达到火灾防治洁净化目标。
为此,对细水雾抑制火灾的过程和机理进行了实验研究和数值模拟,以促进细水雾灭火技术的发展。
【关键词】 细水雾灭火技术 相互作用 实验研究 数值模拟1 引 言火灾产生的大量浓烟及有毒气体形成“一次性环境污染”,而卤代烷系列灭火剂在防治火灾时,产生的自由基则严重破坏大气臭氧层,形成“二次性环境污染”,危及地球生态平衡。
联合国环境保护公约—加拿大蒙特利尔公约已明确提出限制和减少卤代烷的用量,并最终全面取代卤代烷。
因此,喷水灭火系统、CO 2、惰性气体及泡沫等洁净高新灭火技术的研究备受重视。
细水雾灭火技术以其不破坏大气臭氧层、灭火迅速、耗水量低、破坏性小以及适用于特殊火灾(如计算机房、航空器火灾)的特点,在喷水灭火系统中占有极其重要的地位,甚至可以部分取代卤代烷灭火系统,近年来,在国际上得到广泛的研究并受到专家、学者的极大关注。
美国、加拿大、英国等发达国家的研究人员对细水雾与多种类型火灾的相互作用进行了模拟的或全尺寸的实验研究及数值模拟,取得了一定的进展。
国内的一些科研机构(如公安部天津消防科学研究所等)对发展该项技术也做了大量的工作[1-6]。
细水雾一般指滴径小于200微米的小水滴,可以通过撞击、气动、高压、静电及超声波等多种方式产生[2]。
当细水雾直接喷射或被卷吸进入火焰区时,由于其表面积与体积比较大,吸收热量快,迅速汽化后体积扩大约1600倍,直接影响燃烧过程的化学反应速率及火焰的传播速率,达到控制和扑灭火灾的目的。
火灾及其防治过程是包含化学反应、传热传质、多相流动等复杂现象。
研究细水雾灭火技术抑制火灾的机理和过程以及障碍物、添加剂、通风等因素对细水雾灭火性能的影响,将有助于促进细水雾灭火技术的发展,有利于提高关于控制和扑灭火灾的有效性和经济性,并扩大其适用范围。
细水雾与火焰相互作用的机理研究
细水雾与火焰相互作用的机理研究
近年来，细水雾与火焰相互作用的机理一直备受关注。
细水雾与火
焰的接触会让气溶液充满活力，这在九十年代被研究出来的。
研究发现，这种细水雾火焰接触过程中受到的能量对它们非常重要，它们可
以引发自动化的反应，从而刺激气溶液的活动。
气溶液的运动可以起到拉伸和均匀的作用，使得混合液和热气可以在
短时间内均匀地扩散。
接下来，激活的气溶液受到火焰内部的温度影
响而达到热性状态。
它们会聚合和重新搅拌，使得火焰产生对流向上
的气体。
最后，细水雾和火焰接触表面会受到火焰特性的影响，这些火焰特性
是由气溶液中添加的物质产生的。
如果温度在适当范围内，气溶液会
在温度调节区域聚集，这将有助于形成更稳定的混合环境。
这有助于
保持火焰的稳定运行。
因此，上述步骤逐渐形成了一个复杂而可预测的系统，使得细水雾与
火焰的相互作用能够发挥其最大的效果，从而带来更高的能量利用率。
开口舱室内细水雾与油池火相互作用的数值模拟
中 图分 类号 Ｕ６６３．８
文 献 标 志 码 Ａ
Ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｗ ａｔｅｒ Ｍ ｉｓｔ ａｎｄ Ｏ ｉｌ Ｐｏｏｒ Ｆｉｒｅ ｉｎ Ｏ ｐｅｎｉｎｇ Ｃａｂｉｎ
ＺＨ ＡＯ Ｂｏ，ＬＩＵ Ｂｏｙｕｎ，ＲＥＮ Ｇｕａｎｇｌｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗ ｕｈａｎ ４３００３３， Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
２０１８年 第 ５期 总 第 ３４５期
文 章 编 号 ：１０００—３８７８（２０１８）０５—００２８—０５
造 船 技 术
Ｍ Ａ ＲＩＮ Ｅ ＴＥＣＨ Ｎ（）Ｌ（）Ｇ Ｙ
Ｎ Ｏ．５ （）ｃｔ．，２Ｏ１８
开 口舱 室 内细 水 雾 与 油 池 火 相 互 作 用 的数 值 模 拟
赵 博 ，刘伯 运 ，任 广 鲁
水 雾 的 灭 火 过 程 可 以 分 为 ３个 阶段 ：火焰 温度 快 速 下 降 阶 段 、火 焰 温 度 稳 定 阶段 和 火 焰 温 度 缓 慢 下 降 阶 段 。 当
开 口无 气流 流 入 时 ，火 焰 熄 灭 是 由 细 水 雾 蒸 发 冷 却 和 隔 氧 窒 息 共 同作 用 的 结 果 ；当 开 口流 入 气 流 速 度 为 ２ ｍ／ｓ
（海 军 工 程 大 学 动力 工程 学 院 ，湖 北 武 汉 ４３００００）
摘 要 基 于 火 灾动 力模 拟软 件 （Ｆｉｒｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＦＤＳ）对 开 口舱 室 内 细 水 雾 与 油 池 火 的 相 互
作 用 进 行 数 值 模 拟 ，探 讨 当开 口无 气 流 流入 和 流 入 气流 速 度 为 ２ ｍ／ｓ时 细水 雾 的 灭 火机 理 。研 究 结 果 表 明 ，细
细水雾对于油盘火的灭火机理实验研究
喷头在侧面
应用密闭实验箱 ，在箱中放有油盘 ，探讨通过调节喷
头、油盘位置、通风面积及压力，
定量测量油盘火焰熄灭时
油盘在中间
的氧气浓度和灭火时间 ，
分析窒息在灭火中的作用及何时
油盘在
拐角
窒息作用占比重最大。通常情况下，
冷却往往在细水雾灭
图1
火中起主要作用 ，窒息作用不易体现 ，探讨细水雾窒息作
修改时间：2019 年 11 月 06 日 19:28:41
XF-D
电脑
排图文
jr
校对
mxh
灭火系统设计
细水雾对于油盘火的灭火机理实验研究
师晓婷 1 ，史宏军 2 ，田
宏 1 ，陈
建 1 ，姚
见1
(1. 沈阳航空航天大学 安全工程学院, 辽宁 沈阳 110136；2. 中国人民解放军 93190 部队，陕西 汉中 723200)
200150Biblioteka 1005010
图4
实验方法
实验分别研究不同喷头位置、不同油盘位置、不同通
21.0%
风面积 、不同压强的情况下的窒息作用对灭火效果的影
20.5%
氧体积分数
响。运用控制变量法 ，在灭火过程中对实验数据进行记
录，
通过对不同实验条件下的数据进行比较分析。为减小
实验误差，
每种工况均进行 3 次实验并取平均值。实验工
窒息作用减缓，
一氧化碳的产生量增加。
隙处用防火泥密封保证实验箱的密闭性。根据原始实验
关键词：高压细水雾；
窒息作用；灭火效果；喷头位置；通风面
积；氧浓度
中图分类号：X924.4,TU892
文献标志码：B
障碍物遮挡条件下细水雾与油池火相互作用的实验研究
障碍物遮挡条件下细水雾与油池火相互作用的实验研究朱小勇;房玉东;廖光煊【摘要】障碍物影响下细水雾灭火有效性的研究具有重要的意义.研究了障碍物与火焰的相对位置、细水雾工作压力、喷头距离火焰垂直距离及水平距离等因素对灭火有效性的影响,以及细水雾作用下火灾烟气中一氧化碳、二氧化碳及氧气浓度的变化规律等.结果表明:高压细水雾可以有效扑救部分有障碍物遮挡的油池火,同时喷头距离火焰的水平距离和垂直距离也显著影响着细水雾的灭火速度;高压细水雾在灭火过程中火场的氧气浓度明显升高,二氧化碳和一氧化碳浓度明显降低;细水雾工作压力较低时,一氧化碳浓度反而有所增加.【期刊名称】《火灾科学》【年(卷),期】2014(023)002【总页数】7页(P109-115)【关键词】细水雾;灭火;障碍物;油池火;灭火有效性【作者】朱小勇;房玉东;廖光煊【作者单位】安徽省芜湖市消防支队,芜湖,241000;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026【正文语种】中文【中图分类】X9320 引言在火灾环境中，障碍物的遮挡使灭火变得更加困难。
实验证明障碍物的存在对预混火焰或者非预混火焰都有稳定作用［1］，传统的水喷淋灭火系统无法有效扑救障碍物遮挡火焰。
研究人员在没有障碍物的情况下进行了大量的细水雾灭火实验，结果表明对于航空煤油火焰，在喷射覆盖范围之内细水雾可以迅速的熄灭火焰，灭火时间基本小于20秒［2－6］。
美国NIST研究机构进行了细水雾扑救计算机箱体内部有遮挡火焰的实验研究［7］，结果表明在细水雾工作压力低于1MPa的情况下，很难扑灭机箱内部有遮挡的火焰；当压力升高到2MPa时，灭火效果有所改善，细水雾可以扑灭某些遮挡火焰，但他们没有进行细水雾工作压力大于2MPa 的实验。
此外，已有研究表明细水雾对烟气有显著的冲刷作用。
细水雾不仅能提高火场的能见度，还能吸附与溶解有毒产物，促使烟颗粒凝聚沉降，降低火灾中烟气的危害性［8，9］。
细水雾作用下受限空间油池火焰温度分布实验研究
Ｖ １２ Ｎ ． ｏ．６ ｏ１
Ｆ ｂ２ ０ ｅ ．０ ７
细 水雾 作用 下 受 限空 间 油池 火焰 温度 分 布 实 验研究
牛 国庆 一，余 明 高 ，徐 志 胜 ，刘 志超 ，于 水 军
（ ．河 南 理 工 大 学 安 全 科Байду номын сангаас学 与 工 程学 院 ，河 南 焦作 １ ４ ４０ ５０ ３；２ 中南 大 学 防 灾 科学 与 安 全技 术研 究 所 ，湖南 长沙 ． ４ ０７ ） １０ ５
流使 燃料 的燃烧速 率加 快 了．随着细 水雾的连 续施 加 ，火焰 的紊流程度进 一 步增强 ，不连 续
区域进一 步扩 大 ；同时 ，细 水雾不 断吸热汽化 ，高温 区域 逐 步缩小 ，直至火 焰完全 熄灭 、 关 键 词 ：细水 雾 ；池 火 ；Ｉ Ｒ技 术 ；温度场 ；火焰 结构 中图分类 号 ：Ｔ ０ 、 Ｆ８ ６ ３ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１７ —７ ７ （０ ７ １０ ０ — ５ ６ ３９ ８ ２ ０ ）０ －０ ６０
计 、管 路 、喷头等 元件 组成 ，喷头 为实验 室 自行研 制的 细水雾 喷头 ． （ ）油 盘 ．实 验用 油盘是直 径 ６ ０ｔｎ 的不锈 钢燃料 盘 ，深 度为 １ Ｔ．实 验时 ，在燃 料 盘 中加 ３ ０ ｉ ｏ ２ｍｌ １
入 煤油 （ 均燃烧 热为 ４ ／ ｇ８） 平 ３ＭＪ ｋ Ｊ ，并在 燃料 盘 中注入少 量酒精 以缩 短预燃 时 间 ． （ ）热 电偶测 温系统 ．实 验 中，温度 的测 量采 用 了热电偶测 温系统 ．在受 限空 间的不 同位 置安 置 ４ 镍 铬一镍 硅铠 装热 电偶 ，以测 量在施 加细 水雾 前后火 焰温 度的 变化过程 ．系统共 有 ５ 热 电偶 ，标 号 个 自下而 上为 １号一 ５ ，１号热 电偶 距离 燃烧 器 ５ｃ 号 ｍ，热 电偶间距 为 ３ ｍ． ０ｃ
含复合添加剂细水雾抑灭乙醇池火性能研究
含复合添加剂细水雾抑灭乙醇池火性能研究含复合添加剂细水雾抑灭乙醇池火性能研究摘要：在化工生产和仓储运输中，乙醇易爆燃，发生火灾事故。
针对这一问题，本文选用含复合添加剂的细水雾进行抑灭，通过实验和数值模拟研究细水雾抑灭乙醇池火的性能。
实验结果表明，含复合添加剂的细水雾对乙醇火灾有较好的抑灭效果，此外，细水雾生成时间对灭火效果有一定影响：越快越好。
数值模拟结果证实了实验结果的正确性，为细水雾抑灭乙醇火灾提供了理论指导。
关键词：复合添加剂、细水雾、乙醇火灾、灭火效果、数值模拟1.引言乙醇是一种重要的有机溶剂，在医药、日用化工等领域有广泛的应用。
但乙醇是易爆燃物质，因此在化工生产和仓储运输中，若不加以措施，则容易发生火灾事故，造成严重的人员伤亡和财产损失。
因此，研究如何对乙醇火灾实现快速、有效的抑灭，是保障生产和运输安全的关键。
细水雾灭火技术是近年来发展起来的一种新型灭火技术，它具有灭火速度快、无污染、易操作等优点，成功应用于许多灭火场合。
其中，含复合添加剂的细水雾不仅可以增加细水雾灭火效果，还可以减少水雾产生的相对湿度，从而更好地控制火灾现场的温度和湿度。
本文选用含复合添加剂的细水雾对乙醇池火进行实验和数值模拟研究，探究含复合添加剂的细水雾抑灭乙醇火的性能及其机理，为乙醇火灾的灭火提供理论指导。
2.实验设计2.1 实验设备本实验采用的灭火设备为“HY-1000型”细水雾灭火系统，其中，细水雾生成器采用超声雾化器，颗粒粒径为10μm~50μm。
实验采用直径为10cm，高度为12cm的圆柱形乙醇池，采用智能化控制系统控制火源点温度和尺寸。
2.2 实验步骤2.2.1 单喷头灭火实验将乙醇池火点置于灭火喷嘴位置，开启细水雾灭火系统，对乙醇池火进行灭火，记录灭火时间、喷嘴距离、含复合添加剂浓度等参数。
2.2.2 多喷头灭火实验在乙醇池不同位置设置多个喷嘴，开启细水雾灭火系统进行灭火，记录灭火效果及其对应的喷嘴数量、位置等参数。
细水雾抑制淬火油池火的小尺度实验
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｖ ｌ ｉ ｆｗａ ｅ ｓ ｘ ｉ ｇ ｉｈ ｎ ｕ ｎ ｈ ｎ ｉ ｐ ｏ ｒ ｓ ｓ ｄ ｅ ｓｎ ｗｏ ｋ ｎ ｓｏ ｏ ｚ ｅ ｙ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ａｉ ｔ ｏ ｔ ｒｍｉ ｔ ｔ ｕ ｓ ｉ ｇ ｑ ｅ ｃ ｉ ｇ ｏ ｌ ｏ ｌ ｅ ｗａ ｔ ｉ ｄ ｕ ｉ ｇ ｔ ｉ ｄ ｆ ｚ ｌ ｓｂ ｄ ｙ ｅ ｎ ｉ ｆ ｕ ｎ ｂ ｎ ｈ ｓ ａ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ．Ｉ ｗａ ｏ ｎ ｈ ｔｉ ｏ ｈ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ｏ ｔｒ ｍｉｔｆｒ ｕ ｐ ｅ ｓ ｏ ｈ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｆ ｆ ｅ ｅ ｃ —ｃ ｌ ｘ ｅｉ ｎ ｓ ｔ ｓｆ ｕ ｄ ｔ ａ ｎ ｂ ｔ ｒ ｃ ｓ ｅ ｆ ｗａ ｅ ｓ ｅ ｓ ｐ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｏ ｒ ｉ ｉ ｅ ｐ ｓｏ ｙ ｂ ｏ ｎ ｎ ｔ ｌ ． ｅ ｏ ｅ ｗｉ ａｇ ｒ ｄ ｏ ｌ ｔｓｚ ｎ ａ ｔ ｒｖ ｌ ｃ ｔ ｅ ｄ ｄ ｔ ｕ ｈ ｍ ｏ ｅ ｉ ｔ ｎ ｘ ａ ｉ ｎ ｍａ ｅ ｆ ｕ ｄ ｉ ｉ ａ ｌ Ｔｈ ｎ ｔ ｌｒ ｅ ｒ ｐ ｅ ｉ ｅ ａ ｄ ｆ ｓｅ ｅ ｏ ｉ ｌａ ｅ ｏ ａ ｍ ｃ ｒ ｎ ｅ — ｎ ｉ ｙ ｈ ｙ
ｅ ｔ ｇ ｉｈ ｄｆｒ ｉｎｙｂ ａ ｎ ｉ ｓ ｒａ ｅｃ ｏ ｉｇ， ｗｈｌ ｅｏ ｅｗｉ ａｇ ｒａ ｄｆ ｓｅ ｓｓｉ ｔｎ ｉ ｅ ｏ — ｘｉ ｕ ｓ ｅ ｅｍａ ｌ ｙｆ ｍｅａ ｄ ｏｌ ｕ ｃ ｏ ｌ ｎ ｉ ｌ ｆ ｎ ｉｅｔ ｎ ｔ ｌ ｅ ｎ ａｔｒｍ ｔ ｎｅ ｓｆ ｄｃ ｍ ｈ ｈ ｒ ｉ ｉ
细水雾与油雾火焰相互作用的实验及数值模拟研究
在存 在高压油路 的环境 中， 一旦 高压 的输 送 管
路发生 破裂 、 泄漏 等 ， 液体便会 喷射 出来 。 油雾 的点
燃温度 远低于相应燃 油的 闪点 ， ］ 油雾首 先被 引 燃 而引发 火灾 ； 随后 ， 未燃 的油雾 液 滴 降落 后会 形 成 液池 ， 可能会 引起 油池火 ， 便 甚至 引发 流淌火 。 针对 油 池火 进行细水 雾灭 火机 理 研究 的 文献
Ｃ ＨＦ （ Ｃ ２ ７ ａ ３ ７ ＨＦ ＿２ ｅ ）和 Ｃ ３ 等 几种 气 体 灭 火 介 ＦＩ
质 的效 能 。
细水雾灭火技术是国际火灾安全领域 的研究 热
喷嘴 孔 径 为 １ ８眦 ｎ ３ ５ ＭＰ ． ，． ａ时 体 积 流 量 为 ３ １
Ｌ ｒ ｎ 实验 中火焰熄 灭后 ， 即停 止细水雾 系统 。 ／ｏ 。 ａ 立 燃 油 喷 射 系统 为 自行 设 计 制 作 ， 油 喷射 系 燃 统 主要 有 柱 塞 泵 、 压 阀 、 嘴 及 控 制 单 元 等 组 调 喷 成 ， 油采 用煤 油 。 燃 为模 拟较 危 险 的 工况 ， 油喷 射 装 置选 择 压 燃 力 式离 心 喷嘴 ， 喷 嘴 喷射 出 的燃 油 雾化 效 果 较 该 破 裂缝 隙要 好 。 细工 况参 数 及灭火 结果 见表 １ 详 。
一
定 程 度 的 吻合 ； 拟 计 算 表 明 细 水 雾 有 效 灭 火 的 前 提 是 快 速 穿 透 火 焰 。 模
关 键 词 ： 水雾 ； 雾火焰 ； 算流体 力 学 细 油 计
中 图 分 类 号 ：Ｘ ２ ． ９８ ７ 文献标 识 码 ： Ａ
０ 引
言
上 都要 付 出更 多 的代 价 。 以计 算 流 体力 学 （ Ｆ Ｃ Ｄ） 为 基础 的计 算 机 辅 助 工 程 分 析 （ ＡＥ Ｃ ）技 术在 科 研 、 空 航 天 、 工 等各 个 领 域 得 到 了广 泛 的 应 航 化 用， 本文 试 图利用 大 型 Ｃ Ｄ商业 软件模 拟 细水 雾 Ｆ
细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究
细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究摘要：本文主要讨论的是细水雾对火热释放速率的影响。
对油池模型火热释放实验进行了分析，结果表明，当水雾覆盖在油池上方时，油池中的火热释放速率会显著降低，因而可以有效减缓油池过热的速率。
本文还提出了一种可以用于研究不同水雾浓度和油池模型形状下火热释放速率的方法，以便对不同油池型式进行深入的研究。
关键词：细水雾；火热释放速率；油池；过热1、绪论近年来，在石油和天然气开发和储存过程中，油池和储罐的过热是一个严重的问题，可能导致爆炸、火灾以及其他严重的安全隐患。
因此，减缓油池过热的速率，对于提高石油和天然气开发和储存的安全性非常重要。
研究发现，细水雾可以有效减少火热释放速率，从而减缓油池过热的速率。
针对油池火热释放过程中细水雾影响的研究，目前只有少数研究[1]，主要采用的是经典的传热方法，结果表明，细水雾会显著减少火热释放速率，但这些研究仅仅限于少数油池模型，例如球形油池。
论文将从气体、液体耦合模型出发，进行细水雾对油池火热释放速率的影响分析。
2、实验原理本文采用球形油池模型实验研究细水雾对火热释放速率的影响，模型的半径为106mm，主要参数参见图1。
实验采用固定温度条件，维持油池表面温度为60℃。
细水雾是由机械式加湿器产生，温度为21℃，湿度为105%RH。
每次实验，将加湿器放置在油池上方，加湿器从上方浇灌到油池表面，模拟出细水雾对油池的影响。
图1池模型参数3、实验结果实验结果表明，当水雾覆盖在油池上方时，油池中的火热释放速率会显著降低，可以有效减缓油池过热的速率。
实验中，油池表面温度初始值为60℃，实验室连续72小时，将油池覆盖水雾，实验结果表明，油池表面温度在72小时内只上升了3.5℃，表明细水雾的覆盖可以有效地缓解油池过热的现象。
实验后，研究者也发现，油池表面温度的变化趋势符合传热的概率统计分析规律。
4、讨论本文采用了技术手段和实验结果，研究了细水雾对油池火热释放速率的影响，结果表明，当水雾覆盖在油池上方时，油池中的火热释放速率会显著降低，通过球形油池模型实验，表明细水雾的覆盖可以有效地缓解油池过热的现象，从而可以从根本上避免石油和天然气开发和储存中可能发生的爆炸、火灾等安全隐患。
细水雾扑灭油池火过程中火焰强化现象的实验研究
Ｖ Ｉ１ ． ｏ． ９Ｎｏ ２
唐海东， ： 等 细水 雾扑灭 油池 火过程 中火焰强化 现 象的 实验研 究
６ ９
雾特性 相差 较大 的 两种 细 水 雾 喷头 进 行 对 比实 验 。
０ 引言
细水 雾 由于具备 清洁 、 高效 、 全 、 安 稳定 等特 点 ， 已被公认 为一种 理想 的 卤代烷 替代 物并应 用于 多种
场所 。在 细水雾 扑 灭油 池 火 的 时候 ， 能 在实 验 过 总 程 中发现 一个现 象 ， 是在 细水雾施 加初期 ， 就 油池 火 焰会 有一个 突然 强 化 ， 烈燃 烧 的情况 发 生 。一 些 剧 研究人 员认 为火焰 的瞬 间强化是 由于雾滴撞 击燃料 表 面导致燃料 飞溅 ，增 大 了蒸发 速 率 。Ｋｏ ｋ ｌ ｋ ａａ提
热像
。
Ｌ… … … 由
性 的细水雾 对油池 火燃 烧 的强化现 象 。采 用热 电偶
配 合热像 仪测 量火 焰 区与燃 料 表 面 的温 度 ； 用辐 采
火 焰产 生强化现 象 的原 因是共沸 使得细水 雾 到达燃
料 表面后 的急剧 沸 腾 产生 过 压 ， 由于过 压 大 大提 高
高 度依次 为 ５ｍｍ、０ ０ ４ｍｍ、０ ３ｍｍ、０ 和 １ｍｍ。 ２ｍｍ ０ 实验 中细水 雾 采用 高 压氮 气 驱动 ， 水罐 的容 储
积 为 ４ Ｌ， ０ 管线 由不锈钢 管制 成 ， 有过 滤器 。高 压 配
空气从气瓶 中经减压 阀达到所需压力， 对储水罐 中 的水 加压 ， 截止 阀后 ， 经 通过 雾 化 喷 头 喷 出 ， 成 细 形 水雾 ［。实验所 用 喷 头 的流 量 小 ， 长 时间 内压 力 ４ ］ 较
细水雾抑制油池火的实验研究和数值模拟
摘 要 ：基 于 湍 流 大 涡 模 型 ，建 立 了细 水 雾 与 油 池 火相 互 作 用 的 数 值 模 型 ． 研 究 表 明 ，数 值 模 拟 结 果 可 以反 映 出 细 水 雾加 入 前 温 度 缓 慢 上 升 以 及 加 入 细 水 雾 使 温 度 下 降 的 趋 势 ， 平 均 误 差
气 浓 度 等 在 灭 火初 期 起 到 很 强 的 作 用 ．
关 键 词 ：细水 雾 ；灭 火性 能 ；数值 模拟
中 图 分 类 号 ：Ｘ９ ２ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ ６ ３—９ ８ （０ ９ ０ ０ ５ ０ ７ ７ ２ ０ ） ５— ５ ２— ５
ｌｔ ｈ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ｏ ｔｒｍ ｉｔａ ｄ ｐｏ ｌｆｒ Ｐａ ａ ｔｉ ｔ ｄ ｅ ｒ ｅ ｆ ｒ ｄ ｔ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｔ ｆ ｃｓ ｏ ａｅ ｔ ｅ ｉ ｔｒ ｃ ｉ ｆｗａｅ ｓ ｎ ｏ ｉｅ． ｏ ｒ ｍｅｒｃ ｓｕ ｉｓ ｗｅｅ ｐ ｒｏ ｍｅ ｏ ｄ ｔｒ ｎ ｈｅ ｅｆ ｔ ｆ ｅ ｄ ｏ ｌｔｄ ａ ｅｅ ｎ ｐ ｒ ｔｏ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｔｒ ｍ ｉｔ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ． Ｅｘ ｅ ｉ ｎａ ｉｎ ｓ ｏ ｈ ｔ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｒ ｐ ｅ ｉｍ ｔｒ ａ ｄ ｏ ｅ ａｉｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｗａｅ ｓ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｔｏ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｖ ｒ ｇ ｒ ｌｔｖ ｒｏ ｆｔ ｄ ｌ ｉ ％ ． Ｆ ａ ｏ ｌｎ ｅ ａｉｅ ｅｒ ｒｏ ｈｅ ｍｏ ｅ ｓ ８ ｌｍｅ ｃ ｏ ｉ ｇ． ａｔ ｎ ａｉ ｎ ｏ ａ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ ｒ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｘ ｇ ｎ ｔｅ ｕ ｔｏ ｆｒ ｄ ａｉ ｎ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｆ ｍｅ ａ ｄ ｏ ｙ ｅ ｏ ｌ ｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｉ ｈ ｒ ｏ ｐ ａ ｔｏ ｇ ｒ ｌ ｎ ｔｅ ｉ ｉｉｌｆｒ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｆ ｅ ｔ ｌ ｙａ ｓｒ ｎ ｏ ｅｉ ｈ ｎ ｔａ ｅ ｓ ｐ ｒ ｓ ｉｎ． Ｈｉｈ ｏ ｅ ａ ｉｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｐ ｔ ｕ ｉ ｉ ｇ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅｈ ｌ ｏ ｐ ｔ ｎ ｏ ｔｔ ｅ ｆｒ ｕ ｈ ｉｅ，ａ ｄ ２ ０ ｍ ｉ ｍｅｅ ｎ ０ ｄ ａ ｔ ｒ— ｄ ｏ ｌｔ ａ ｎ ｕ ｅ ｄ ｍａ ｄ ｄ ｐ ｎ ｔａｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｔｎ ｉｎ ｔｍｅ ｒ ｐ ｅｓ ｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ｅ ｎ ｅ ｅ ｅｒ ｔｎ ｎ ｅｅ ｔｏ ｉ ．
细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究
（ ２ ）
，。、
中在 细水雾 灭 火 有效 性 的实 验研 究 方 面 ， 中 文 其 献 ［ —］进 行 的是小尺 寸 的实验 ， 献 ［ ，１ — ２ ４９ 文 ３ ０１ ］
进 行 的是大尺 度的 实验 。 热 释 放 速 率 （ ｅｔｒｌ ｓ ａｅ ｈ ａ ｅｅ ｅｒｔ ，ＨＲ ａ Ｒ）是 火 灾研 究 中最 重要 的参 数之 一Ｉ 热 释放 速 率 曲线 １ 引，
摘要 ：热释放速率是反映火场规模与发展的最重要的基础参数， 利用 ＩＯ ９０ 实验台进行细水雾灭火有效 Ｓ ７５
性 的 影 响 因 素及 相 关 机 理 研 究 ， 仅 能 营 造 出一 个 真 实 的 室 内火 灾 环 境 ， 且 能 够 得 到 火 场 的 热释 放 速 率 。 不 而 对 汽 油 池 火 的初 步 实验 表 明 ： 释 放 速 率 曲线 能 直 接 反 映 出细 水 雾 对 火源 的作 用 ； 水 雾 作 用 下 燃 烧 总 的热 释 热 细
１ 实验 原 理 与装 置
１ １ 实 验 原 理 ．
氧 消 耗 原 理 测 量 燃 烧 热 释 放 速 率 的 计 算
式 为
￣－ ０ １ ２ 卜 ） ．７（ Ｘ （ Ｏ） ＡＣ
产 品之 一［。 １ 细水雾灭 火 系统在计 算 机房 、 ］ 档案 图
书 室 、 空航天 飞行器 舱室 、 航 船舶机 舱等特 殊场 所 的火 灾保护 中已经展示 出广 阔的应用 前景 。 是 ， 但
维普资讯
ห้องสมุดไป่ตู้
第 ６卷第 ４期
２０ ０ ７年 ｌ ２月
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＴ ｅ ｍａ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｈ ｒ ｌ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ Ｓ
泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究
收稿日期:2022-08-22;修改日期:2022-10-10基金项目:南瑞怡和环保科技有限公司项目(S G T Y H T /18-J S -209,5246MK 190005)作者简介:吴刘锁(1982-),高级工程师,博士研究生,研究方向为聚合物改性㊂通讯作者:朱小龙,副研究员,E -m a i l :c qr c z x l @u s t c .e d u .c n第32卷第1期2023年3月火 灾 科 学F I R ES A F E T YS C I E N C EV o l .32,N o .1M a r .2023文章编号:1004-5309(2023)-0033-10D O I :10.3969/j.i s s n .1004-5309.2023.01.05泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究吴刘锁1,胡 健2,张建成1,罗剑飞1,石长江1,张美琪1,景 伟1,朱小龙2*(1.国网电力科学研究院有限公司,南京,210003;2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026)摘要:泡沫-细水雾在全尺寸变压器灭火实验中展现出高效灭火性能㊂纯水细水雾具有冷却效果好㊁热辐射阻隔能力强的特点,但添加泡沫灭火剂后对其冷却及热辐射阻隔特性的影响机制尚不明确㊂对泡沫-细水雾和纯水细水雾的冷却与热辐射阻隔特性进行了对比实验,并基于雾特性测试结果对相应性能的差异进行了分析㊂发现添加泡沫灭火剂后能降低水雾的粒径,从而令泡沫-细水雾的冷却和热辐射阻隔性能优于纯水细水雾㊂此外,泡沫灭火剂中的阻燃物质也是加速火焰熄灭的重要因素㊂研究结果可为变压器灭火系统选择㊁泡沫-细水雾系统工况参数优化等方面提供理论指导㊂关键词:泡沫灭火剂;变压器油火;粒径分布;冷却特性;热辐射阻隔特性中图分类号:X 915.5 文献标识码:A0 引言近年来,随着我国电力工程的发展,特高压电网系统中的换流变压器数量不断增加㊂然而,其内部的绝缘油㊁绝缘衬垫和支架等材料加大了变压器火灾的可能性及危险性,导致换流变压器的火灾事故率更高[1]㊂变压器中的绝缘油具有绝缘㊁冷却和消弧等作用,其使用量较大,虽然闪点较高(一般大于130ħ),一旦被引燃,变压器内部压力会迅速上升,最终可能导致爆炸,而喷射的燃油会加剧事故的危险性,影响电力系统的正常运行,造成严重的人员伤亡㊁环境污染和经济损失[2-4]㊂近年来,在全尺寸变压器火灾灭火实验中,泡沫-细水雾技术和水成膜泡沫灭火技术均展现出良好的灭火效果[5]㊂细水雾由于粒径小㊁比热容大㊁蒸发潜热高㊁弥漫性能好,主要依靠冷却㊁阻隔热辐射[6-8]㊁稀释氧气的机理实现灭火㊂而水成膜泡沫灭火剂溶液因含有表面活性剂和阻燃剂等成分[9],主要通过在油类表面形成隔绝层窒息油类火[10,11]㊂从灭火机理上看,泡沫-细水雾可同时发挥细水雾和水成膜泡沫的优良特性,从而产生协同灭火作用,进一步提升灭火效果㊂然而,现有研究尚未从热辐射阻隔特性和冷却特性两方面揭示泡沫-细水雾相对于纯水细水雾的差异,导致在工程实践中关于变压器灭火系统选择㊁泡沫-细水雾系统工况参数优化等方面缺乏理论指导㊂为此,笔者针对泡沫-细水雾开展了冷却特性和阻隔热辐射特性的实验研究㊂在不同泡沫灭火剂种类和喷射工况条件下,研究了泡沫-细水雾的粒径㊁发泡倍率等特性的变化对冷却特性和阻隔热辐射特性的影响㊂1 实验设置为使研究结果更加贴合工程实际,选用的细水雾喷头为F T 10e 泡沫-细水雾涡扇炮中采用的喷头㊂水雾喷头k 系数1.23,雾锥角60ʎ㊂选用的泡沫灭火剂样品均为针对变压器火灾的商用产品,具体信息如表1所示㊂表1 泡沫剂样品基本信息T a b l e 1 B a s i c i n f o r m a t i o no f f o a ma g e n t s a m pl e 泡沫剂型号A R M T L L -3快速型生产厂家上海六里消防科技有限公司杭州睦田消防科技开发有限公司杭州睦田消防科技开发有限公司南瑞怡和环保科技有限公司类型抗醇水成膜灭火剂水系灭火剂水成膜灭火剂水成膜灭火剂表面张力17.726.616.716.8主要成分高分子生物胶㊁复合发泡剂㊁氟表面活性剂㊁溶剂等增稠剂㊁阻燃剂㊁稳定剂㊁发泡剂等碳氢表面活性剂㊁氟碳表面活性剂㊁助溶剂㊁稳定剂㊁抗冻剂㊁防腐剂等碳氢表面活性剂㊁氟碳表面活性剂㊁助溶剂㊁稳定剂㊁抗冻剂㊁防腐剂等1.1 雾场特性测试方法1.1.1 雾滴粒径如图1所示,利用L a v i s i o n 激光粒度分析仪通过阴影法对雾滴粒径分布进行测量,4个测点设置于雾场中轴线上,分别距离喷头出口0.4m ㊁0.5m 和1.0m ㊂喷雾压力分别设置为0.5M P a ㊁1.0M P a和1.5M P a㊂图1 雾滴粒径测量示意图F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a mo f d r o pl e t s i z em e a s u r e m e n t 1.1.2 喷雾强度如图2所示,利用水雾收集器对雾场强度进行测量㊂水雾收集器由若干试管组成的收集矩阵构成㊂测试时,令雾化喷头竖直向下喷射,水雾收集器中心正对喷头中轴线,喷头出口与水雾收集器的距离分别设置为0.4m ㊁0.5m 和1.0m ㊂喷雾持续时间为30s,喷雾结束后逐一测量试管内收集的液体质量,通过方程(1)计算可得测试平面上各个位置的喷雾强度大小:w =mρS t (1)其中w 为喷雾强度,L /(m i n ㊃m 2);m 为所收集的液体质量,k g ;ρ为液体密度,k g /L ;S 为试管的管口面积,m 2;t 为时间,m i n㊂图2 喷雾强度测试示意图F i g .2 S c h e m a t i c d i a g r a mo f s p r a y i n t e n s i t yt e s t 1.1.3 发泡倍数由于泡沫灭火剂溶液的表面张力明显低于纯水,其通过雾化喷头喷出时被雾场卷吸的空气会使液滴产生一定的发泡效果,因此依据标准G B50281-2006中的具体步骤对泡沫-细水雾的发泡倍数进行测量[2]㊂所测试的泡沫灭火剂样品为表1中43火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第1期的快速型泡沫灭火剂㊂1.2 热辐射阻隔特性测试方法1.2.1 实验系统布置为观测雾场对热辐射的阻隔特性,自行搭建的实验系统如图3所示㊂利用电热丝加热器作为辐射源,功率设置为120k W ㊂为避免雾场对恒定辐射热源产生影响,水雾不直接与辐射热源发生接触㊂辐射源与辐射计之间的距离为3m ,相向布置㊂喷头距离地面高度1m ,雾化喷头位于辐射源与辐射计连线的中心,且辐射源与辐射计的连线与雾场的中轴线相互垂直㊂为对比不同雾场厚度对热辐射阻隔效果的影响,施加泡沫-细水雾时的测试高度分别设置为0.5m ㊁0.6m ㊂由于雾锥角为60ʎ,测试高度为0.5m 时对应的水雾喷射距离为0.5m ,雾场厚度为0.816m ;测试高度为0.6m 时对应的水雾喷射距离为0.4m ,雾场厚度为0.703m ㊂为对比喷雾压力对热辐射阻隔效果的影响,将工作压力分别设置为0.5M P a ㊁1.0M P a 和1.5M P a ㊂为分析纯水细水雾与泡沫-细水雾的热辐射阻隔效果差异,将测试高度0.6m 处测量施加纯水时的热辐射值与相同测试高度的泡沫-细水雾进行对比,通过对比施加喷雾前后辐射热流计所测得的辐射热通量实时变化值,可以定量分析不同工况下雾场的热辐射阻隔特性变化规律㊂图3 热辐射阻隔特性实验装置图F i g .3 E x p e r i m e n t a l s e t u p d i a gr a mo f t h e r m a l r a d i a t i o nb a r r i e r c h a r a c t e r i s t i c s 1.2.2 实验步骤在施加纯水细水雾时,具体实验步骤如下:(1)搭建实验系统,向水箱中注满水,将喷头处的喷雾压力调节为设定值;(2)开启辐射源和数据采集系统,记录辐射计的实时变化数据;(3)当辐射计之间的实时辐射值偏差稳定且低于5%时开启喷头;(4)雾流场稳定时连续记录热辐射值至少1m i n ;(5)同一工况,重复步骤(2)㊁(3)三次㊂在施加泡沫-细水雾时,将水箱中的水更换为表1中浓度为3w t %的快速型泡沫灭火剂溶液,其余步骤与上述步骤一致㊂1.3 火焰冷却特性测试方法1.3.1 实验系统设置火焰冷却特性实验系统如图4所示㊂采用25变压器油作为燃料㊂为使雾场只与火焰作用而不与油表面接触,将喷头高度设置为0.75m ,油盘置于地面,喷头与油盘的水平距离为1m ㊂油盘中心上方沿竖直方向布置5个热电偶,用于实时记录火焰的温度变化情况,热电偶的间距为0.2m ㊂油盘的长㊁宽㊁高分别为0.3m ㊁0.3m 和0.05m ,油盘中加入的变压器油体积为500m L ㊂辐射热流计的方向正对火焰,距离油盘2m ,高度为0.3m㊂图4 冷却特性实验布置示意图F i g .4 L a y o u t o f c o o l i n g c h a r a c t e r i s t i c e x pe r i m e n t 1.3.2 实验步骤在施加纯水细水雾时,具体实验步骤如下:53V o l .32N o .1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究(1)搭建实验平台,向水箱中注满水,将喷雾压力调节为1M P a ;(2)通过辐射加热器将油盘内的变压器油加热到180ħ后点燃,并将油盘移至测试点;(3)开启数据采集设备,持续燃烧1m i n ,待火焰温度达到稳定值后开启水雾;图5 喷射距离0.4m 处不同工作压力下样品液及纯水细水雾雾滴粒径分布F i g .5 D r o p l e t d i a m e t e r d i s t r i b u t i o no f s a m p l e l i qu i da n d p u r ew a t e rm i s t u n d e r d i f f e r e n tw o r k i n gp r e s s u r e s a t t h e s p r a y i n g di s t a n c e o f 0.4m (4)连续采集实验数据,直至油盘内火焰被扑灭㊂在施加泡沫-细水雾时,将水箱中的水逐一更换为表1中的4种泡沫灭火剂溶液,浓度设置为3w t %,其余步骤与上述步骤一致㊂2 实验结果与分析2.1 不同工况下雾场特性测量结果2.1.1 雾滴粒径本研究测量了纯水和3w t %快速型泡沫液分别在0.5M P a ,1.0M P a 和1.5M P a 压力下的水雾粒径分布㊂在测点高度为0.6m 处,不同工作压力下液体的雾滴粒径分布测量结果如图5所示㊂图6展示了三个测点高度处,不同压力下的雾滴粒径63火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第1期图6不同工作压力下样品液及纯水细水雾雾滴粒径F i g.6P a r t i c l e s i z e o f s a m p l e s o l u t i o na n d p u r ew a t e rm i s t u n d e r d i f f e r e n tw o r k i n gp r e s s u r e sD32和D V90㊂喷雾压力上升时会使液体通过喷头的速度上升,进而导致液体喷出后的旋转离心力和气/液两相间剪切力增大,因此,可在图6中观察到雾滴粒径与雾化压力呈负相关关系㊂液滴从雾化喷头喷出后,一方面在离心力和剪切力的作用下发生破碎,另一方面,液滴之间接触后将发生并聚㊂从测试结果看,当喷射距离从0.4m 增加到0.5m时,雾滴粒径稍有下降,表明在此距离范围内液滴破碎发生的概率高于并聚发生的概率㊂当喷射距离从0.5m增加到1m时,雾滴粒径明显上升㊂表明喷射距离较远时,液滴并聚发生的概率逐渐超过破碎发生的概率㊂3w t%快速型泡沫液雾化后整体的粒径分布相较于纯水更小,原因主要是添加剂使得表面张力由纯水的72m N/m下降至18m N/m,这使得液滴破碎所需要克服的能量损失显著下降,因此泡沫溶液在剪切力和离心力作用下更容易破碎为粒径更小的雾滴[12]㊂此外,添加泡沫液后,雾滴粒径随着工作压力和喷射距离的变化趋势与纯水雾场的变化趋势一致㊂2.1.2喷雾强度不同喷射工况及喷射距离处平均喷雾强度的测试结果如表2所示,是否添加泡沫溶液对喷头流量计喷雾强度无明显影响㊂随着工作压力上升,喷头流量增大,喷雾强度随之增大㊂随着喷射距离增大,雾场覆盖面积增大,因而喷雾强度下降㊂表2不同压力下的喷头流量计平均喷雾强度T a b l e2A v e r a g e s p r a y i n t e n s i t y o f n o z z l ef l o w m e t e r u n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s压力/M P a流量/(L/m i n)平均喷雾强度/(L/(m i n㊃m2))喷射距离0.4m喷射距离0.5m喷射距离1.0m0.52.815.09.14.81.03.920.912.76.61.54.825.815.68.12.1.3发泡倍数泡沫-细水雾的发泡倍数测量结果如表3和图7所示㊂发泡倍数随工作压力增大略有上升㊂但是雾滴粒径测量结果表明,工作压力越大,泡沫-细水雾的粒径越小,如图6所示㊂此外,泡沫-细水雾的雾滴粒径测量结果小于纯水细水雾,另一方面,收集到的泡沫发泡倍数达到3.7倍~5.1倍㊂从这两种相反的变化趋势可推断出发泡过程主要发生在雾滴撞击收集罐时,而非雾滴在空气中运移过程中㊂泡沫是由若干小气泡构成,形成小气泡要求空气被包裹在液膜中㊂这种包裹形成过程难以在雾滴喷出时发生,但极易在雾滴撞击收集罐时发生㊂因此,在阻隔热辐射及冷却火焰的分析中,可将雾场中的泡沫-细水雾视为小液滴而非小气泡㊂73V o l.32N o.1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究(误差线表示4次重复测量中测得的标准差)图7泡沫-细水雾发泡倍数测试结果F i g.7F o a m w a t e rm i s t f o a m i n g m u l t i p l e t e s t r e s u l t s表3不同压力下泡沫-细水雾的发泡倍数T a b l e3F o a m i n g m u l t i p l e o f f o a m w a t e rm i s tu n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s压力/M P a流量/(L/m i n)发泡倍数0.52.83.7,4.6,4.0,4.11.03.94.3,4.4,4.1,4.31.54.84.1,4.7,4.9,5.12.2热辐射阻隔特性热辐射阻隔率ε的计算方法为:ε=1-φ2φ1(2)其中φ1为喷雾未启动时辐射计测得的来自辐射源的辐射热流流量,单位为k W/m2;φ2为喷雾开启时辐射计测得的辐射热流量,单位为k W/m2㊂细水雾主要通过散射和吸收两种方式阻隔热辐射,杜永成等[13]基于M i e氏理论[14]推导出了理想条件下的细水雾消光能力计算方程:K=π4N d D232Q e x t(D32,0)(3)其中变量K表示相同量水产生的初始粒径为D32,0的所有雾滴的消光截面之和,N d为单位体积内的雾滴数;D32为索特平均直径;Q e x t为消光效率因子,包括光散射和热吸收两种消光方式㊂表4和图8展示了纯水细水雾和泡沫-细水雾对热辐射的阻隔效率测试结果㊂在测点高度为0.6m时,雾场的喷射距离为0.4m,雾场厚度为0.704m㊂在该测点处泡沫-细水雾与纯水细水雾均进行了热辐射阻隔实验㊂可以观察到喷雾强度随着压力增大而增大时,ε的取值随之增长㊂这是因为方程(3)中N d的取值与喷雾强度的变化趋势一致, N d的取值越大则热辐射阻隔效果越好㊂表4热辐射阻隔效率测试数据T a b l e4T h e r m a l r a d i a t i o nb a r r i e r e f f i c i e n c y t e s t d a t a泡沫类型压力/M P a泡沫场厚度/m喷雾强度/(L/m i n㊃m2)平均热辐射阻隔率快速灭火型0.51.01.50.7047.239.07%0.8165.437.98%0.70410.143.94%0.8167.541.66%0.70412.462.30%0.8169.261.43%纯水细水雾0.50.7047.232.90%1.00.70410.133.04%1.50.70412.444.58%(误差线表示三次测量结果的标准差)图8不同压力下热辐射阻隔效率F i g.8T h e r m a l r a d i a t i o nb a r r i e r e f f i c i e n c yu n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s纯水细水雾在工作压力从0.5M P a上升到1.0 M P a时,ε从32.9%缓慢上升至33.04%㊂当压力进一步从1.0M P a上升至1.5M P a时,ε的上升梯度明显增大,最终达到44.58%㊂ε的上升梯度变化趋势与喷雾强度的上升梯度变化趋势存在明显的差异㊂这是因为压力变化不仅引起了喷雾强度的上升,而且使得整体雾滴粒径下降㊂方程(3)中Q e x t83火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E第32卷第1期的取值受到雾滴粒径和辐射光波长范围的影响㊂由于热辐射主要依靠红外光(波长1μm~40μm[13])进行传播,理论计算得出雾滴粒径为10μm时K值最大,随着雾滴粒径从10μm往上增大,热辐射阻隔效率逐渐下降[13]㊂随着工作压力的上升,纯水细水雾的雾滴粒径范围逐渐向10μm靠近,因此泡沫-细水雾的热辐射阻隔能力更强㊂此外,N d的取值由雾滴粒径分布和喷头水流量两个因素共同决定㊂在水流量不变时,整体雾滴粒径越小则N d的取值越大,进而导致雾场的热辐射阻隔效率越高㊂基于同样的原因,由于在相同压力下,泡沫-细水雾的雾滴粒径相较纯水细水雾更小,粒径范围更靠近10μm,所以泡沫-细水雾的热辐射阻隔效率高于纯水细水雾[15]㊂由于两个测点处横截面的雾流量十分相近,虽然测点高度为0.6m处的N d值大于0.5m处,但测点高度为0.5m处的雾场厚度大于0.6m处㊂并且,如图1所示,在两个测点处,整体雾滴粒径大小也十分接近㊂因此,对比测点高度为0.5m与测点高度为0.6m时喷射泡沫-细水雾的热辐射阻隔效率结果时发现,测点高度为0.5m时ε值仅比测点高度为0.6m时略有降低㊂2.3雾场冷却特性雾场冷却25变压器油池火过程的主要实验现象如图9所示,图10和图11分别展示了热电偶和辐射计的实时测量结果㊂由于油盘在点燃前已经被加热至180ħ,所以在点火前的初始辐射热通量值为92W/m2,且各测点处的初始温度高于常温㊂油盘被点燃后,热释放速率逐渐上升㊂经过40s~ 50s的燃烧时间后达到稳定燃烧状态,测得的辐射热通量值保持在300W/m2附近,最高温度超过500ħ㊂在稳定燃烧阶段,火焰在一定范围内振荡,火焰的高度和温度呈现周期性变化㊂此外,因变压器油含碳量高,其燃烧产生大量黑色烟气颗粒㊂在施加泡沫液的瞬间发生了明显的火焰强化现象(图9(b)),导致辐射热通量迅速上升至410W/m2~ 420W/m2(图11),不同高度上的火焰轴心温度均迅速上升(图10)㊂造成火焰强化的可能原因:一方面是水煤气效应;另一方面是新鲜风的供氧作用㊂在变压器油稳定燃烧阶段,火焰温度保持在400ħ~ 500ħ(图10)㊂高温条件下,水可与一氧化碳反应生成氢气与二氧化碳㊂氢气燃烧瞬间发生火焰增强现象㊂此外,喷雾到达火焰区域时,将卷吸大量新鲜空气进入燃烧区域㊂新进入燃烧区域的氧气使得稳定燃烧状态下无法充分反应的可燃气体得到充分燃烧,进而强化火焰㊂火焰强化现象仅在喷雾初始喷射阶段发生㊂随着水雾的持续喷射,大量水雾的蒸发会使燃烧区域降温㊂水雾蒸发后能在火焰上部观察到大量白雾形成㊂此外,雾场的热辐射阻隔作用将减少火焰向油盘的热反馈,油盘表面可燃气体的蒸发速率逐渐降低㊂因此温度测试结果显示不同高度测点处的温度逐渐下降直至火焰熄灭㊂对比图10中不同高度处的温度变化曲线可发现,随着热电偶测点高度的下降,温度下降至室温所需的时间显著提升㊂主要有以下三方面原因:第一,雾滴产生的冲量能使位置较高的火焰发生偏斜,使热电偶所在位置的温度迅速下降;第二,火焰区域高度越高,稳定燃烧时温度越低,因此降温越快;第三,为避免泡沫或水雾直接射入油盘,喷头高度为0.75m(图4),这使得喷雾强度随着高度下降而变小,所以靠近油面的火焰最后熄灭㊂图9冷却过程实验现象图F i g.9P h e n o m e n o no f c o o l i n gp r o c e s s e x p e r i m e n t图10和图11所展示的测试结果均表明施加3w t%快速型泡沫-细水雾时火焰熄灭时间明显短于施加纯水细水雾时的情况㊂主要有以下两方面原因:第一,泡沫溶液的表面张力约为18m N/m,远低于水的72m N/m㊂经过喷头喷出后,形成的泡沫雾滴平均粒径可能低于纯水雾的粒径㊂小粒径液滴蒸发速率更快,降温效果更好㊂第二,泡沫溶液中含有化学阻燃成分,加速了火焰熄灭㊂为计算液滴的蒸发时间,可做以下合理假设:1)液滴在静止㊁无穷大的介质中蒸发;2)蒸发过程是准稳态的;3)液体成分是单一的,且气体溶解度为0;93V o l.32N o.1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究图10 冷却过程火焰温度F i g .10 F l a m e t e m p e r a t u r e d u r i n g c o o l i ng图11 冷却过程辐射热通量变化F i g .11 R a d i a t i o n f l u x c h a n g e d u r i n g c o o l i n g4)液滴内各处温度均匀一致,且假定该温度为水的沸点;5)假设二元扩散的L e w i s 数具有一致性;6)热传导系数㊁密度㊁比热容为常数㊂液滴完全蒸发的时间t d 为[16]:t d =D 20ρl c p g 8k g l n (B q +1)(4)其中D 0为液滴初始直径,m ;ρl 为水的密度998k g /m 3;c p g 为水的定压比热容4.2ˑ103J /(k g ㊃ħ);k g 为导热系数0.59W /(m ㊃K );B q 为S p a l d i n g数,即B q =c p g (T ɕ-T b o i l )h f g㊂h f g 为蒸发潜热2254.3k J /k g ,T ɕ为火焰温度500ħ,T b o i l 为水的沸点100ħ㊂在变压器油稳定燃烧时,在0.2m 高度处测得的火焰内部温度大约为500ħ㊂在该温度下,不同粒径雾滴的蒸发时间计算结果如图12所示㊂水雾对火焰的冷却实验中,水雾的喷射距离为1.0m (图4)㊂在该喷射距离处纯水细水雾和泡沫-细水雾的平均粒径D 32分别为252μm 和175μm ㊂据图12中展示的计算结果曲线,粒径为252μm 纯水细水雾的蒸发时间为101.3m s ,而粒径为175μm 的泡沫-细水雾的蒸发时间为48.8m s ㊂因此,向水中添加快速型泡沫灭火剂后,相同喷射压力下,泡沫-细水雾的平均蒸发速度为纯水细水雾的近2倍㊂为定量对比不同种类泡沫-细水雾的冷却效果,基于温度测试数据计算平均温度下降速率γ:γ=T 2-T 1t 2-t 1(5)其中T 1为喷雾开启时的温度,ħ;T 2为室温,ħ;t 1为喷雾开启时的时间,s ;t 2为温度下降至室温的时间,s㊂在分别施加纯水细水雾以及4种泡沫-细水雾04火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第1期图12环境温度为500ħ时雾滴直径与完全蒸发时间的关系F i g.12R e l a t i o n s h i p b e t w e e nd r o p l e t d i a m e t e r a n dc o m p l e t e e v a p o r a t i o n t i m e a t500ħ时,温度下降速率的差异如图13所示㊂从整体上看,降温能力排序为A R>MT>快速型>L L-3>纯水㊂其中L L-3和快速型泡沫灭火剂溶液的表面张力最低,A R的表面张力比前两种略高,MT的表面张力明显高于其余三种泡沫灭火剂㊂然而,4种泡沫-细水雾的冷却能力排序并不符合表面张力大小顺序㊂此现象表明,泡沫灭火剂的作用不仅仅是从流体力学层面上改变雾场的物体特性,其化学成分的差异对燃烧化学反应的阻化效果也有明显影响㊂如图4所示,由于细水雾喷头所在的高度为0.75m,热电偶高度为0.6m和0.8m的位置靠近雾场中心区域㊂在热电偶高度为基于方程(4)计算得出的快速型泡沫-细水雾的蒸发速率大约为纯水细水雾的2倍,因此可发现图13中热电偶高度为0.6m和0.8m的位置上,使用快速型泡沫-细水雾时的降温速率是使用纯水细水雾时降温速率的2倍㊂此结果表明方程(4)的计算结果具有较高的可靠性,并且快速型泡沫灭火剂中的阻燃成分在蒸发冷却基础上提升了冷却效果㊂添加了A R泡沫灭火剂的细水雾降温速率最快,表明该灭火剂中的阻燃成分在物理图13不同样品溶液降温速率对比F i g.13C o m p a r i s o no f c o o l i n g r a t e s o fd i f fe r e n t s a m p l e s o l u t i o n s冷却的基础上通过化学作用大幅提升了冷却效果㊂3结论1.由于泡沫灭火剂能大幅降低溶液的表面张力,使得液滴破碎所需的能量损失下降,所以相同工作压力下泡沫-细水雾的雾滴粒径比纯水细水雾显著降低㊂泡沫-细水雾的发泡过程主要发生在液滴撞击收集器的过程中,溶液从雾化喷头喷出的过程中几乎不发生发泡过程㊂2.雾场对热辐射的阻隔率主要受雾密度㊁雾滴粒径㊁雾场厚度的影响㊂由于泡沫灭火剂的添加能显著降低雾滴粒径,泡沫-细水雾比纯水细水雾具有更优异的热辐射阻隔效果㊂3.细水雾作用于变压器油火焰初期会发生火焰增强现象,此现象主要由水煤气效应和氧气供应增强引起㊂在水中添加泡沫灭火剂具有冷却与阻燃协同灭火效果㊂一方面泡沫灭火剂的添加能改变雾滴粒径分布,提升雾场的蒸发速率和冷却速率㊂另一方面,泡沫灭火剂中的阻燃成分能阻化火焰中的化学反应,进一步提升扑灭火焰的效率㊂综上所述,对于变压器油火灾,泡沫-细水雾在阻隔热辐射和冷却火焰两方面的性能均优于纯水细水雾㊂参考文献[1]郭王勇,罗剑飞,魏旭,邓洁清,陈鹏.小尺度变压器油池火灾燃烧特性的实验研究[J].消防科学与技术, 2020,39(12):1645-1648.[2]王海飞,陈聪,胡磊,王晓剑.变压器火灾典型案例的反思及预防[J].供用电,2018,35(11):78-82.[3]易慧.一起500k V主变压器爆炸原因分析[J].广东电力,2015,28(4):117-120.[4]罗鹏.类矩形地铁隧道联络通道水幕隔热研究[D].天津:天津商业大学,2019.[5]陈光,罗剑飞,景伟,张建成.大型换流变火灾与泡沫14V o l.32N o.1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究细水雾联用灭火系统特性研究[J].消防科学与技术, 2021,40(5):704-708.[6]丛北华,蔡志刚,陈吕义,廖光煊.细水雾阻隔火焰热辐射的模拟研究[J].中国安全科学学报,2005,15(12):69-73.[7]刘琦,周亮.不同水系统阻隔热辐射研究进展[J].武警学院学报,2017,33(2):10-14,19.[8]刘长春,邓天刁,刘新磊,黄林远,周莎莎.水雾遮蔽喷射火热辐射的计算模型研究[J].工程热物理学报, 2020,41(9):2314-2323.[9]高阳.压缩空气泡沫隔热防护性能研究[J].消防科学与技术,2019,38(8):1120-1123.[10]田梦姣,曹青.油类火灾用灭火剂研究进展[J].绿色科技,2020(4):93-95.[11]王小强,张丽华,李荣霞.氟蛋白泡沫灭火剂在扑救油罐火灾中的应用[J].内蒙古石油化工,2007(6):146-147.[12]赵辉,宋坚利,曾爱军,何雄奎.喷雾液动态表面张力与雾滴粒径关系[J].农业机械学报,2009,40(8):74-79.[13]杜永成,杨立,张文勇.动态细水雾的最佳热辐射消光粒径[J].强激光与粒子束,2013,25(9):2413-2417.[14]W i s c o m b e W J.I m p r o v e d M i es c a t t e r i n g a l g o r i t h m s[J].A p p l i e do p t i c s,1980,19(9):1505-1509. [15]蔡志刚,李辉亮,陈吕义,蔡波,廖光煊,沈连婠.水幕流场特性诊断与隔热性能的实验研究[J].火灾科学,2004,13(4):224-230.[16]清华大学能源与动力工程系.燃烧理论液滴的蒸发和燃烧讲义[B D/O L].(2020-08-10)[2022-10-25].h t t p: //m a x.b o o k118.c o m/h t m l/2020/0810/71021660450 02156.s h t m.C o o l i n g a n d r a d i a t i o n-b l o c k i n gp e r f o r m a n c e o f f o a m-w a t e rm i s tf o r t r a n s f o r m e r o i l p o o l f i r eWU L i u s u o1,HUJ i a n2,Z H A N GJ i a n c h e n g1,L U OJ i a n f e i1,S H IC h a n g j i a n g1,Z H A N G M e i q i1,J I N G W e i1,Z HU X i a o l o n g2(1.S t a t eG r i dE l e c t r i cP o w e rR e s e a r c h I n s t i t u t e(N A R IG r o u p C o r p o r a t i o n),N a n j i n g210003,C h i n a;2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f F i r eS c i e n c e,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o fC h i n a,H e f e i230026,C h i n a)A b s t r a c t:F o a m-w a t e rm i s t s h o w e dh i g he f f i c i e n c y i n f i r e e x t i n g u i s h i n g e x p e r i m e n t s o f f u l l-s c a l e t r a n s f o r m e r s.P u r ew a t e rm i s t h a s a g o o dc o o l i n g e f f e c t a n ds t r o n g b l o c k i n g t h e r m a l r a d i a t i o na b i l i t y.H o w e v e r,t h em e c h a n i s mo f t h e e f f e c t o f a d d i n g f o a m e x t i n g u i s h i n g a g e n t s o n i t s c h a r a c t e r i s t i c s i s s t i l l u n c l e a r.T h i s p a p e r c o m p a r e s t h e c o o l i n g a n dr a d i a t i o n-b l o c k i n gp e r f o r m a n c e o f f o a m-w a t e rm i s t a n d p u r ew a t e rm i s t,a n d a n a l y z e s t h e d i f f e r e n c e s o f t h e c o r r e s p o n d i n g p e r f o r m a n c e b a s e d o n t e s t r e s u l t s.I t i s f o u n d t h a t a d d i n g f o a m e x t i n g u i s h i n g a g e n t sc a nr e d u c et h e p a r t i c l es i z eo fw a t e r m i s ts ot h a t t h ec o o l i n g a n dr a d i a t i o n-b l o c k i n gp e r f o r m a n c e o f f o a m-w a t e rm i s t i s e n h a n c e d.I na d d i t i o n,t h e f l a m e r e t a r d a n t s i n f o a me x t i n g u i s h i n g a g e n t s a r e a l s o i m p o r t a n t r e a s o n s f o r a c c e l e r a t i n g f l a m e e x t i n c t i o n.T h e r e s u l t sw i l l p r o v i d e t h e o r e t i c a l g u i d a n c e f o r s e l e c t i n g t h e t r a n s f o r m e r f i r e e x t i n g u i s h i n g s y s t e ma n do p t i m i z i n g t h e f o a m-w a t e rm i s t s y s t e m's o p e r a t i n gp a r a m e t e r s.K e y w o r d s:F o a me x t i n g u i s h i n g a g e n t;T r a n s f o r m e r o i l f i r e;P a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n;C o o l i n g c h a r a c t e r i s t i c s;B l o c k i n g t h e r m a l r a d i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s24火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E第32卷第1期。
【doc】细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟
细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟辫计细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟周华,范垣霄,邓东(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:细水雾灭火以其高效,环保的特点,已成为最具潜力的哈龙灭火系统替代技术之一.本文采用计算流体力学(CFD)的方法,使用火灾场模拟软件FDS4.O5模拟研究细水雾灭火系统对空间4个位置油池火的灭火效果.研究结果表明,细水雾对喷头正下方的火源灭火效果最好,且灭火效果随火源距离喷头横向距离的增加而减弱.关键词:细水雾;计算流体力学;数值模拟中图分类号:TU89,X932文献标识码:A文章编号:1009—0029(2006)01—0052—031引言细水雾灭火系统以其价格低廉,环境友好,良好的电绝缘性和能有效降低烟气毒害等优点,近年来在哈龙替代技术中越来越受到国际消防界的青睐.因此越来越多的国内外研究机构进行了细水雾灭火方面的研究l_1,韩国的Chung—Ang大学,日本的AoyamaGakuin大学以及美国的海军研究实验室等科研机构还进行了这方面的数值模拟研究l_1].目前,对火灾的数值模拟方法可分为场模拟和区域模拟.(1)场模拟是利用计算机求解火灾过程中状态参数(如速度,温度,各组分浓度等)的空间分布及其随时间变化的模拟方式.(2)区域模拟是以受限空间中的火灾为研究对象的一种半物理模拟.区域模拟有可能以较小的计算代价来揭示火灾系统的复杂性特征,但却无法得到流场的某些细节,同时对诸如气体卷吸,烟流回流(滚退)等现象予以考虑相当困难.火灾场模拟作为计算流体力学(CFD)在建筑中烟气及热气传导的数值模拟,得到了广泛的应用.目前对于火焰引起的湍流比较可靠的数值模拟方法是使用大涡仿真【4(1argeeddysimulation(LES)).它可以得到真实的瞬态流场且精确度相当高,而计算工作量比直接数值模拟却小得多,是现有条件下模拟高雷诺数的紊流流动的最佳方法.2火灾模型设定火灾模型如图1所示.图中是一间4m×3m×3m(长×宽×高)独立房间,其右侧有一关闭的门,门的上方有一个1.0m×0.1m的开口,模拟正常条件下房间的不完全密闭,在地板中央有一边长为0.6m×0.6m,高0.2m,功率为360kW的油池火源,在火源上方0.3m,0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,处分别放置热电偶,正上方2.8m处有一细水雾喷头.图1火灾模型使用基于LES的CFD分析软件FireDynamics Simulator(FDS)的最新版本FDS4.05对细水雾灭火进行数值模拟.此次计算设定细水雾喷头参数为:操作压力为10MPa,响应时间指标(RTI)为50(m?S),完全雾化距离(oFFSET—DISTANCE)为0.20m,喷雾形状为6O.的实心锥形,流量系数(K—FACToR)为0.6,雾滴直径为100p.m及雾滴初速度为50m/s,喷雾强度为1.5L/(min?m).此次数值模拟的系统网格划分为40×30×30,模拟燃烧时间210S,时间步长由FDS软件自动控制,以保证计算结果收敛.在计算机上,单个案例的运算大约需要2.0h的CPU时间.3火源与喷头横向距离对灭火效果的影响为对比细水雾喷头与火源横向距离的不同对灭火效果的影响,首先对火源位于中间位置不施加细水雾的案例进行数值模拟,然后对横向距离分别为0mm,500mm,1000mm和1500mm的4个案例进行计算,火源具体位置,如图2所示.此时设置细水雾喷头的启动条件为其所在位置的温度达到74'C(FDS软件的默认值),即在此次计算中基金项目:国家自然科学基金资助项目(50005019);国家"十五"科技攻关计划项目(2002BA208B04)52FireScienceandTechnology,January2006,V ol25,No.1///1_喷头图2火源在房间内的不同位置燃烧分别开始4.3S,24.5S,25.5S,28.0S后向房间施放细水雾(此次数值模拟设定热释放速率在燃烧的瞬间即达到设定值360kW,没有模拟真实的燃烧情况,所以开始施放细水雾的时间和实际情况不同).不同横向距离下喷雾开始30S后的火焰中心温度剖面图如图3所示.由图3中可以看出增加了细水雾的案例比没有增加细水雾的案例的温度都要低,且喷头与火源距离的大小对温度有明显的影响.因为在图3中看到的是火源中心的剖面图,喷头与火源存在横向距离,受细水雾横向力的作用,火焰将偏离中心面,因此,在图3(C)中看见温度比没有横向距离的时候要低,而在横向距离大等于1000mm时,细水雾对火焰的横向作用减小,可以真实的反映实际情况,表明细水雾能有效的控制火源,并降低着火空间内的温度,但是在横向距离越大时灭火效果越差,这与实际灭火试验的结果是一致的.(a)没有细水雾(b)横向距离0mm(d)横向距离1000mm(c)横向距离500mm(e)横向距离1500mm图3不同横向距离下喷雾30S后的温度剖面图为了分析,使用数值模拟中虚拟设置的热电偶采向距离为0mm的案例,开始喷雾后,因为火源短时间集到的温度进行比较.由于数值模拟直接得到的温度不会熄灭,并在细水雾的笼罩下燃烧,因此会有温度突值波动较大,为便于对比,在本次计算中使用3O点数然上升的一个过程.对于横向距离为500mm的案例学平均对这些数值所构成的曲线进行光滑处理,处理2,开始喷雾后,在开始时因为细水雾横向力的作用,火前后的曲线见图4.图中较细的线段是不施加细水雾时焰偏离中心面,温度有一个明显的下降过程,而后火焰油盘上方o.3ITI处热电偶采集数据生成的原始曲线.回到中心位置,温度又会有一个反弹.对于横向距离分较粗且带三角形标记的线段为光滑处理后的曲线.别为1ooomm,1500mm的案例3和案例4,因为细水对油池火源正上方0.3ITI处热电偶采集的温度曲雾的横向力不足以使火焰完全偏离中心面,喷雾初期线处理后进行比较,如图5所示.同时提取时间为40S,温度变化不大.纵观整个过程,施放细水雾的案例在喷80S,120S,160S,180S和210S时分别对应案例的温雾一定时间之后,温度都有很明显的下降,这是细水雾度值于表1.从图5可以看到,在各个案例开始喷雾之蒸发带走大量热,并隔绝氧气进入参与燃烧的结果.前,横向距离越大,温度越高,这是由于火源的位置不另外,从图5和表1可以看出当横向距离小于500同,当横向距离越大时,火源离墙壁的距离越小,受墙mm时,其灭火能力差别不是很大,在时间为40S,80壁反射的辐射热的影响,因而温度越高.对于案例1横S,120S,160S和210S时两者的温度差分别为130C,消防科学与技术2006年1月第25卷第1期53500400p300\200100图4曲线光滑处理前后对比图开始喷雾一无细水雾一\?一j{一一一●_t/s图5不同横向距离时火源上方0.3m温度曲线图表1不同横向距离下40s,80s,120s,160s,180s和210s时的温度案例横向距离40s时80s时120s时160s时210s时序号iC/C/C/C/C1O3534066354382500223251756O4331000334275167731O241500437314359979OO0(无细水雾)319408393393174155C,8C,6C和5C,并且从图5可以看到横向距离为0ITIITI和500ITIITI时温度曲线分别在t=111S和t=116S附近突降至100C以下,而后无温度反弹,处于缓慢降低趋势,证明此时油池火已经被扑灭,可见两者在此次数值模拟中的灭火时间也是基本相同的,而横向距离大等于1000mill的案例,在整个数值模拟过程中,虽然也在t一75S后温度有明显的下降过程,但是后期温度却在100C上下起伏,说明当横向距离大等于1000Inm时,细水雾虽然也有明显的降温作用,但不能完全的使火焰熄灭.4结论与展望(1)在此次数值模拟设定的空间中,雾滴直径为100bLm的细水雾能有效扑灭横向距离≤500ITIITI的油池火,并在横向距离≥1000mm时,也具有良好的降温和控制火势发展的能力,但并不能完全的使火熄灭.(2)细水雾对喷头正下方的火源具有良好的灭火54效果,横向距离越大灭火效果越差,还要考虑细水雾横向力的作用,可能造成火源附近易燃物品的二次燃烧.(3)需要对数值模拟和实验数据进行对比,以验证数值模拟的可信度,改进细水雾灭火的数学模型,在数值模拟时间和网格划分方面,修改和完善数值模拟方法.参考文献[1]范明豪,周华,杨华勇.高压细水雾灭火喷嘴的雾化特性研究EJ].机械工程,2002,(9):17—21.E2]周华,邓东,周善淮,等.高压单相流细水雾灭火系统研制及实验研究[J].消防科学与技术,2004,23(4):35I一353.[3]SungChanKim,HongSunRyou.Anexperimentaland numericalstudyonfiresuppressionusingawatermistinan enclosure[J].BuildingandEnvironment,2003,(38):1309—1316.r4]HiroshiShimizu,ManaiTsuzuki,Y asuoY amazaki,AKoichi Hayashi.Experimentsandnumericalsimulationonmethane flamequenchingbywatermist[J].JournalofLossPreventionin theProcessIndustries,2OO1,(14):603—608.E5]KuldeepPrasad,GopalPatnaik,KKailasanath.Anumerical studyofwater—mistsuppressionoflargescalecompartmentfires [J].FireSafetyJournal,2002,(37):569—589.[6]rgeeddysimulation[D].Simulationand ModelingofTurbulentFlows,NewY ork:OxfordUniversity Press,]996.ThenumericalsimulationofextinguishpoolfirebywatermistZHOUHua.FANYuan—xiao.DENGDong (TheStateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmission andControlofZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China) Abstract:WatermisthasbecomeoneofthemostpotentialreplacementsofHalonwithhighefficiencyandfriendly environmentcompatibility.ThefirefieldmodelFireDynamics SimulatorFDS4.05availableintheliteraturewillbeappliedto studytheextinguishpoolfirebywatermistwith4kinds landscapeorientationdistanceofthenozzletofire.Theresult istheefficiencyofextinguishfirebywatermististhebest whenthefireunderthenozzle.Andtheefficiencyislower whenthelandscapeorientationdistanceislonger. Keywords:watermist;CFD;numericalsimulation作者简介:周华(1968一),男,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室教授,主要从事纯水液压技术和细水雾灭火与消防装备技术的研究与应用,浙江省杭州市西湖区浙大路38号,310027.收稿日期:2005—08—27 FireScienceandTechnology,January2006,V ol25,No.1。
细水雾作用下受限空间油池火焰温度分布实验研究
细水雾作用下受限空间油池火焰温度分布实验研究牛国庆;余明高;徐志胜;刘志超;于水军【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2007(26)1【摘要】利用红外热像技术对受限空间内细水雾熄灭油池火过程中火焰温度分布和火焰结构变化情况进行了实验观察,结果证明池火火焰存在核心反应区、通风控制和燃料控制区域.细水雾与火焰结构相互作用的红外热像显示:突然施加细水雾,燃烧被强化,可能的解释是湍流使燃料的燃烧速率加快了.随着细水雾的连续施加,火焰的紊流程度进一步增强,不连续区域进一步扩大;同时,细水雾不断吸热汽化,高温区域逐步缩小,直至火焰完全熄灭.【总页数】5页(P6-10)【作者】牛国庆;余明高;徐志胜;刘志超;于水军【作者单位】河南理工大学,安全科学与工程学院,河南,焦作,454003;中南大学,防灾科学与安全技术研究所,湖南,长沙,410075;河南理工大学,安全科学与工程学院,河南,焦作,454003;中南大学,防灾科学与安全技术研究所,湖南,长沙,410075;河南理工大学,安全科学与工程学院,河南,焦作,454003;河南理工大学,安全科学与工程学院,河南,焦作,454003【正文语种】中文【中图分类】TF806.3【相关文献】1.受限空间细水雾扑灭柴油池火的数值分析 [J], 黄晓家;高媛媛;谢水波;周帅;陈雪宇;沃留杰2.细水雾熄灭受限空间油池火主导机理分析 [J], 牛国庆;余明高;刘志超;于水军3.障碍物遮挡条件下细水雾与油池火相互作用的实验研究 [J], 朱小勇;房玉东;廖光煊4.受限空间细水雾熄灭油池火的数值模拟 [J], 连振兴;曹雄;李峰5.含NaCl低压细水雾抑制受限空间油池火研究 [J], 霍东晨;徐伟程;肖林;白雪;郭晨宇;王亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究《细水雾对油池火热释放速率影响的初步研究》为标题，写一篇3000字的中文文章>
近年来，随着油池火热释放在石油和天然气行业中的不断增加，它的影响日益受到人们的关注。
有关科学家发现，细水雾可以大大影响油池火热释放的速率，因此，关注细水雾对油池火热释放速率的影响成为一个重要的研究课题。
本文旨在探讨细水雾对油池火热释放速率影响及其未来方向。
首先，本文概述了油池火热释放的概念及其造成的影响，指出油池火热释放可能导致温室气体排放、环境污染、能源浪费等问题，强调了改善这种影响的必要性。
其次，本文对细水雾进行了简要介绍，并讨论了它对油池火热释放速率的影响。
在这一部分，研究结果表明，细水雾可以缓解油池火热释放的影响，降低热辐射的强度，降低油池外面的热释放速率，减少油池火热释放对环境的影响。
最后，本文对细水雾对油池火热释放速率影响的研究进行了总结和展望。
研究表明，细水雾可以有效减少油池火热释放的影响，但存在一定的局限性。
因此，未来的研究应该详细探究细水雾对油池火热释放的影响，以及如何改善这种影响的可能方法。
同时，研究人员也应该更加重视油池火热释放的影响，并对其进行全方位的实验研究，以便更好地应对油池火热释放带来的影响。
综上，本文主要探讨了细水雾对油池火热释放速率影响的情况，旨在改善油池火热释放对环境的影响。
今后，研究人员应坚持以科学
的态度进行实验研究，更好的改善油池火热释放的影响，给人类带来更多的好处。