超细水雾抑制受限空间固体火的实验与数值模拟研究

摘要

细水雾灭火技术具有环保、高效等特点,已成为哈龙灭火剂的主要替代技术之一,并在诸多领域内得到了广泛的应用。新一代细水雾灭火技术——超细水雾,其雾滴粒径均值小于50μm,流动性更好,比常规细水雾更容易悬浮,且能绕过障碍物到达着火区域以降低火源功率;高浓度的雾滴能够较长时间的处于灭火空间中,减少燃烧区域内氧气的体积分数,加速火焰与烟气冷却;具备良好的吸热特性,其比表面积的增大能加速烟气冷却,且能够非常有效地吸收火焰的热辐射;此外,其用水量相比常规细水雾更少,在某些带电场所使用更加安全。
　　论文以此为工程背景,依据超声雾化原理,制作了超细水雾的发生系统,测试了超细水雾的粒径大小,质量分数等相关雾场特性参数。
　　搭建了超细水雾抑制固体火的实验平台,选取具有代表性意义的两种固体可燃物即木材和PMMA作为研究对象,分别开展了受限空间中,超细水雾与这两种固体火相互作用的实验研究。
　　通过改变预燃时间、雾通量和施加时间,分别进行了不同实验条件下超细水雾抑制木材火和 PMMA火的实验。通过实验得出了不同实验条件下,木材火和PMMA火的烟气平均温度、烟气中氧气的体积分数、烟气中二氧化碳的体积分数和热释放速率等特性参数的变化趋势。实验结果表明吸热冷却与隔氧窒息在整个抑制过程中发挥重要作用。
　　基于湍流大涡模型,建立了超细水雾与两类固体火相互作用的数值模型。结合数值模拟结果与实验现象,分析了超细水雾抑制固体火的过程。模拟验证了实验,再次表明吸热冷却与隔氧窒息机理在灭火过程中起到关键作用。

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1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 本文研究目标与内容

1.5本文研究技术路线

2 超细水雾的相关特性

2.1 超细水雾的定义

2.2 超细水雾产生机理分析

2.3超细水雾的发生装置

2.4 超细水雾雾滴的运动

2.5 超细水雾的相关参数及测量

2.6 本章小结

3 实验装置与测试系统

3.1 超细水雾发生系统

3.2 灭火平台与数据采集系统

3.3 相关参数的计算

3.4 本章小结

4 超细水雾抑制固体火的实验研究

4.1 实验方法

4.2 木材自由燃烧与施加超细水雾抑制木材火的对比实验

4.3 超细水雾抑制木材火的影响因素分析实验

4.4 PMMA自由燃烧与施加超细水雾抑制PMMA火的对比实验

4.5 超细水雾抑制PMMA火的影响因素分析实验

4.6 超细水雾抑制木材与PMMA火的对比

4.7 超细水雾抑制固体火的机理分析

4.8 本章小结

5 超细水雾抑制固体火的数值模拟

5.1 Fire Dynamics Simulator(FDS)软件介绍

5.2 FDS相关数学模型

5.3 边界条件

5.4 超细水雾抑制木材火数值模拟

5.5 超细水雾抑制PMMA火的数值模拟

5.6本章小结

6 结论

6.1结论

6.2创新点

6.3存在的问题及展望

参考文献

作者简历

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