細水霧熄滅油池火行為研究

劉世霖 江平 王旭

摘要：利用自行設(shè)計的多噴嘴組合的高壓細水霧噴頭，研究了細水霧對油池火的抑制過程，著重討論了細水霧在不同壓力、風機在不同轉(zhuǎn)數(shù)下對油池火的滅火效果的影響。研究結(jié)果表明：提高工作壓力確實可以提高滅火效率;在低速通風的條件下有利于提高細水霧滅油池火的有效性;而開啟排煙風機會吸入新鮮的空氣，起到助燃的作用，降低了滅火的有效性。

關(guān)鍵詞：細水霧;油池火;工作壓力;風機

細水霧滅火系統(tǒng)綠色、無毒，作為哈龍滅火劑替代產(chǎn)品得到了學者們的廣泛關(guān)注。國外學者進行了大量實驗與模擬：GrantG，JonesA對細水霧滅火系統(tǒng)進行了深入的研究后發(fā)現(xiàn)細水霧可以撲滅不同類型的火災;喬林，馬瑞雪等對細水霧熄滅汽油火進行模擬，認為細水霧滅火過程主要分為3個階段并伴隨火焰強化現(xiàn)象;劉長春等利用FDS模擬了細水霧撲滅CH4火災，認為54μm的水霧顆粒粒徑最能夠有效抑制燃燒。鑒于此，筆者自行搭建了相關(guān)的測試平臺，分析研究噴頭工作壓力、風機轉(zhuǎn)數(shù)以及玻璃房門開啟的角度對細水霧滅油池火有效性的影響，并總結(jié)出實驗中的現(xiàn)象和結(jié)論，本文研究結(jié)果可為細水霧在在建工程可燃液體發(fā)生火災時的應對提供理論參考。

一、實驗模型的建立

（一）模型建立

實驗是在5.0m×5.0m×3.1m的玻璃房中進行的，房門的尺寸為1m×2m;玻璃房側(cè)面設(shè)有一個排煙口，排煙口距地高度為2.5m，正中心設(shè)置氣體監(jiān)測裝置?；鹪搭愋蜑橛统鼗?，油池直徑為30cm，火源位置在玻璃房的中心，細水霧噴頭位于油盤的正上方，距地面高度為2.7m。在油池的正上方布置熱電偶，沿油盤表面中心線每隔20cm布置一個熱電偶，共布置7個，自下而上編號依次為1～7。

圖1 實驗場景布置圖

二、結(jié)果與討論

（一）壓力對溫度的影響分析

實驗每次所需柴油400ml，實驗過程中所需的工況如表1所示：

表1 工況參數(shù)

表1給出了不同壓力下細水霧抑制油池火的滅火時間，可以看到隨著工作壓力的增加滅火時間總體保持著縮短的趨勢。

實驗過程中還發(fā)現(xiàn)：工作壓力為5MPa、7MPa時，滅火的過程中會存在火焰強化的現(xiàn)象，原因在于隨著工作壓力的增加，霧動量增大，細水霧對火焰的動力拉伸作用越明顯，這會使火焰溫度迅速下降。因此，工作壓力越大火焰強化現(xiàn)象越不容易發(fā)生。而當噴頭的工作壓力較低時，低速氣流不能迅速壓低火焰，同時火焰周圍的氣流會攪動周圍新鮮空氣卷入焰，反而起到了助燃作用。

（二）風機轉(zhuǎn)數(shù)對細水霧滅火有效性的影響

風機開啟時對細水霧滅火有一定影響，表2給出了不同轉(zhuǎn)數(shù)下細水霧抑制油池火的滅火時間。當風機轉(zhuǎn)數(shù)為1500r/min時滅火有效性最低，筆者猜測此時火場中氣流正加速運動，導致部分新鮮空氣迅速補充加強燃燒反應;當風機轉(zhuǎn)速為1200r/min、900r/min、600r/min時滅火時間明顯比不開風機時滅火時間短，這是因為在風機低速運行時，不易引起地面空氣進入，同時又可有效排出燃燒空間上方的高溫煙氣，帶走了火場部分熱量，減小了細水霧下降過程煙羽流對其的阻力，減少了煙氣對可燃油面的熱反饋作用，減少了可燃液體的蒸發(fā)量，所以滅火時間減小。由此可見，在風速不顯著影響細水霧滅火的情況下，整體上低速通風可以有效地抑制熱反饋，能夠促進細水霧滅火，同時排煙能夠降低火場中的煙氣濃度，有利于保障火場中的人員疏散。

表2 風機在不同轉(zhuǎn)數(shù)下的滅火時間

（三）自然通風對細水霧滅火的影響

通過門開啟的角度來控制自然通風的條件，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同風速滅火時間

由上表可見，門的開啟程度對細水霧撲滅受限空間的油池火的時間略有影響，隨著門開的角度越大，滅火時間略有增加，但影響效果并不明顯。門處于關(guān)閉狀態(tài)時，沒有新鮮空氣進入火場，滅火的有效性相對最高。門開啟的角度越大，風量就越大，風速也變大，部分細小霧滴可能被風流帶走，不能在火場汽化吸熱降溫，因而滅火時間略有增加。門開啟的角度處于半開程度時，對滅火時間的影響較大，繼續(xù)加大門開啟的角度，對滅火時間的影響不大。這是因為當門開啟到一定寬度時供氧已經(jīng)充足，燃燒由通風控制燃燒轉(zhuǎn)化為燃料控制燃燒，繼續(xù)加大門開啟的角度對燃燒的影響很小。

三、結(jié)語

（一）提高工作壓力可以有效縮短滅火時間;在細水霧施加時偶爾會出現(xiàn)火焰強化燃燒現(xiàn)象。

（二）通風對細水霧滅火有一定影響，低速通風有利于提高細水霧滅火有效性。

（三）細水霧作用下，排煙風機開閉狀態(tài)對滅火效果有一定影響。開啟排煙風機會吸入部分新鮮空氣，起到助燃的作用，降低了滅火效果。

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作者簡介：

劉世霖（1994—），男，遼寧沈陽人，沈陽航空航天大學消防工程系碩士研究生，研究方向：火災科學與防火工程。