雙相流細(xì)水霧熄滅受限空間木垛火的實(shí)驗(yàn)研究

胡林宏 趙俊青 陳健

摘要：本文研究受限空間內(nèi)，雙相流細(xì)水霧在氣體壓力為1.3MPa，水的壓力為0.9MPa的工況下對(duì)木垛火滅火的試驗(yàn)研究;分析了霧通量分布對(duì)滅火效果的影響，采用熱電偶對(duì)火焰周圍溫度進(jìn)行采集，最后使用煙塵（氣）測(cè)試儀對(duì)產(chǎn)生煙氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明：該工況下細(xì)水霧霧場(chǎng)是均勻的，在細(xì)水霧作用下，火場(chǎng)溫度、煙氣刺激性等狀況被明顯改善;實(shí)際應(yīng)用中采用氮?dú)怛?qū)動(dòng)具有好的安全性。

關(guān)鍵詞：雙相流細(xì)水霧;霧通量;木垛火

雙相流細(xì)水霧技術(shù)是以氣、液兩相流體為介質(zhì)，在噴頭處混合、碎裂的一種新型細(xì)水霧霧化方法。目前，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行大量相關(guān)試驗(yàn)研究，張曉晶采用流體軟件對(duì)雙相流細(xì)水霧霧化過程和滅火效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明細(xì)水霧滅火效果較好;Grant G，Jones A等人對(duì)細(xì)水霧滅火進(jìn)行了廣泛的研究，研究表明細(xì)水霧可以撲滅不同類型的火災(zāi)。由此可見，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于細(xì)水霧研究主要以滅火性能研究為主，但是對(duì)其對(duì)熱輻射阻隔作用研究較少。

鑒于此，筆者研究了雙相流細(xì)水霧對(duì)油火的熱反饋?zhàn)韪糇饔茫瑸榧?xì)水霧滅火機(jī)理在實(shí)際應(yīng)用中提供理論參考。

一、試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用細(xì)水霧綜合實(shí)驗(yàn)裝置，在5m×5m×3m的受限空間內(nèi)，設(shè)置直徑300mm的油盤，熱電偶沿油盤的正中心布置，沿油盤表面中心線每隔20cm布置一個(gè)熱電偶，共布置6個(gè)，用于測(cè)量火焰的溫度，自下而上編號(hào)依次為1～7，編號(hào)為1的熱電偶貼近油盤表面。熱量傳感器設(shè)置在距離油盤0.5m-1.0m處。

二、細(xì)水霧滅火試驗(yàn)

（一）細(xì)水霧熄滅木垛火試驗(yàn)

火源采用3.5cm×2.5cm×25cm的紅松木條，擺放6層，每層3根，共18根，使用40ml航煤引燃木垛。細(xì)水霧裝置的氣體壓力為1.3MPa，水的壓力為0.9MPa。熱電偶采集的溫度變化曲線如圖1。由圖1可知，木垛火位于噴頭的正下方，從噴頭噴出的錐形水霧如同一個(gè)水罩，扣在了火焰上方，這樣火焰產(chǎn)生的熱輻射在向外時(shí)遇到細(xì)水霧而被吸收，同時(shí)也能夠降低火焰周圍的氧氣濃度，由于水滴在火焰區(qū)蒸發(fā)，水霧的平均滴徑越小，蒸發(fā)量越大，蒸發(fā)過程中吸收大量的熱量，使火焰溫度下降。并且霧滴的蒸發(fā)會(huì)使火焰區(qū)域的氧濃度降低，抑制了木垛的燃燒，一些較大滴的霧滴會(huì)穿過火焰滴落在木垛的表面，因?yàn)槟静娜紵砻鏈囟雀咭旱螘?huì)繼續(xù)蒸發(fā)，這樣會(huì)降低木垛的表面溫度，也會(huì)有助于滅火。

同時(shí)，從圖1細(xì)水霧滅火木垛火試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)中出現(xiàn)了陰燃的現(xiàn)象，滅木垛表面明火的效率較低，會(huì)復(fù)燃。

（二） 火源偏移30cm滅火試驗(yàn)

噴頭噴孔與中心軸線夾角為30°，將木垛擺放在噴頭噴孔軸向位置，即水平移動(dòng)30cm，系統(tǒng)水壓為0.9MPa，氣體為氮?dú)?，水壓?.3MPa，使用40ml航煤引燃木垛，溫度變化曲線如圖2。

在木垛火燃燒100s后，細(xì)水霧噴頭開始工作。在細(xì)水霧霧通量和氮?dú)怆p重作用下，木垛火焰出現(xiàn)紊流狀態(tài)，在過了20s后，火焰被壓制。在160s滅火結(jié)束后，火場(chǎng)溫度降低到室溫，火焰產(chǎn)生的黑煙大部分被水霧清掃掉。由于噴頭正下方?jīng)]有噴孔，噴孔均位于與軸線30°的噴頭四周位置，所以霧通量在30°軸線上是最大的，而噴頭下方霧通量較小，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知在最大霧通量處滅火效果好于噴頭下方的滅火效果。

這是因?yàn)?，在噴頭下方霧通量小，細(xì)水霧主要以窒息滅火為主，而在噴孔軸向位置霧通量最大，此時(shí)細(xì)水霧以火焰拉伸和冷卻滅火為主。

（三）火場(chǎng)氣體濃度分析

使用全自動(dòng)煙塵（氣）測(cè)試儀WJ-60B采集了距離地面140cm、160cm、180cm3個(gè)高度上的氣體含量。如表1所示。

由表中的數(shù)據(jù)可以得出，在細(xì)水霧系統(tǒng)工作時(shí)，在距離地面高度1.4m、1.6m、1.8m處的氧氣濃度并未出現(xiàn)明顯變化，經(jīng)過時(shí)間的推移，氧氣的濃度有微小的下降，說明從噴頭中噴出的氮?dú)饬坎⒉皇呛艽螅揖嚯x噴頭越近，氧氣的含量越低，氮?dú)獾臐舛仍礁?。雖然環(huán)境中的氧氣含量在噴頭工作時(shí)受到影響而略微下降，但下降的數(shù)值很小，理論上不會(huì)對(duì)人體的健康狀況造成不利影響。所以可以得出，在使用氮?dú)獾那闆r下，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)人體是安全的。

三、結(jié)語

（一） 細(xì)水霧對(duì)木垛火具有較好的控火作用。

（二）細(xì)水霧滅火效果主要由霧通量大小決定，霧通量高的位置滅火效果好。

（三）雙相流細(xì)水霧中氮?dú)獠粫?huì)降低空氣中氧氣濃度，對(duì)人的影響作用可以忽略。

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