超细水雾灭火有效性的模拟实验研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又超细水雾灭火有效性的模拟实验研究作者姓名：梁天水学科专业：安全技术及工程导师姓名：廖光煊教授卢兆明博士完成时间：二。一二年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeNUMERlCALANDEXPERlMENTALSTUDYOFFIRE—EXTINGUISHINGPERFORMANCEOFULTRA_FINE1I，1附ERMISTAuthor’SName：LiangTianshuispeciality：‘SafetyTech

2、nologyandEngineering一一，一Supervisor：Pro￡LiaoGuangxuanDr．LoSiumingFinishedtime：May，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或同志对本研究所做的：贡献均己在论文中作签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构

3、送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位沦文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。导师签名：签字日期：摘要针对电气设备场所的消防系统在消防工程方面有着一定的特殊性。过去，气体灭火系统如哈龙系列、二氧化碳等常被应用于这类场所。然而，气体灭火系统存在一些缺点：密闭空间内，气体灭火系统的误动作会威胁到里面人员的生命安全；在紧急情况下的灭火启动，需要人员疏散，影响启动时间。不少研究人员针对

4、这类场所开展了细水雾灭火有效性的实验研究，但是常规细水雾也存在以下缺陷：难于熄灭小火、难于熄灭障碍物火、对于障碍物火，提高细水雾流量的效果不明显、对电气设备带来水泽危害。常规细水雾的这些局限性与重力引起的较高液滴沉降率有关，液滴沉降将会降低水雾的浓度，尤其是降低远离雾化锥的区域的水雾浓度。因此，需要一种新型的雾化技术，可以产生出具有气体流动特性的超细水雾。前人的研究发现超声雾化可以产生粒径不大于lOl上m的超细水雾；这种细水雾类似于气体，可以绕过障碍物而没有较大的水雾损失。因此，本文主要研究了超细水雾的灭火有效性，增强超细水雾系统灭火有效性的方法和

5、超细水雾的流动特性。本文的主要工作和贡献总结如下：1)超细水雾临界灭火浓度的理论与实验研究：分别基于极限氧气浓度和燃烧极限温度建立了超细水雾临界灭火浓度的预测模型。通过对比分析两个预测模型的预测值，得出了超细水雾的吸热作用较氧气稀释在熄灭火焰方面潜在的效能更高。然后，在修改的杯型燃烧器中开展了超细水雾的灭火实验。同一个工况的实验重复多次以记录灭火时间的平均值和标准差。在临界灭火浓度方面，实验结果与基于极限氧气浓度的预测模型吻合较好，而与基于燃烧极限温度的预测模型不吻合。实验结果与基于燃烧极限温度预测模型不吻合的原因是超细水雾在火焰附近具有不同于气体

6、的流动特性：a)超细水雾在火焰附近完全蒸发，无法进入火焰燃烧的核心区域；b)只有在蒸发的水蒸气在卷吸气流作用下进入火焰，与火焰相互作用。超细水雾的浓度应该高于临界值才能获得较为稳定的灭火时间。然而，没有必要进一步提高超细水雾的浓度，因为再提高浓度却无法显著提高超细水雾的灭火有效性。由于更具潜力的灭火机理无法发挥作用，因此超细水雾的灭火有效性有待提高；合理的增大超细水雾的粒径可以提高超细水雾在火焰周围的存活时间，使得大颗粒水雾可能进入火焰。使用超细水雾添加剂可以在超细水雾完全蒸发后生产子颗粒，子颗粒可以进入在卷吸气流作用下进入火焰燃烧核心区域。2)含

7、添加剂超细水雾的灭火有效性研究：基于超声雾化液滴粒径分布和液摘要滴在气流中的受力分析，建立了预测超细水雾有效质量分数的模型。该模型表明超细水雾的有效质量分数将随着溶液表面张力的升高而降低，还表明溶液温度的升高将增加超细水雾的有效质量分数。接着，开展了测量超细水雾有效质量流率的实验。实验结果与理论分析较为吻合，实验表明增加金属盐的浓度将降低超细水雾的有效质量流率，添加表面活性剂可以升高超细水雾的有效质量流率。最后，开展了含添加剂超细水雾的灭火实验。灭火实验结果表面升高水温可以提高超细水雾系统的灭火有效性，这与理论分析非常吻合。灭火实验还表明，添加少量

8、金属盐就可以显著提高超细水雾系统的灭火有效性，然而进一步提高添加剂浓度的边际效果却显著降低，这是由于表明张力的升高降低了水