细水雾灭火系统及雾化喷嘴研究

摘要

随着哈龙灭火剂的逐步限制和淘汰，细水雾灭火技术以其无环境污染、灭火迅速、耗水量低、对防护对象破坏性小等特点展示出广阔的应用前景，目前已成为火灾科学前沿研究热点之一。气泡雾化技术是一种双流体雾化发生方法，气泡雾化喷嘴与其他类型喷嘴相比，具有雾化质量高、耗气量小、工作压力低等优点。本文根据气泡雾化的雾化机理和二氧化碳的可溶性设计了一种单相输送两相雾化析出式气泡雾化细水雾灭火系统和雾化喷嘴，为发展新型的细水雾发生方法提供了新思路，并积累了必要的实验数据。 本文首先设计了制造二氧化碳饱和水溶液的灭火剂储罐和产生细水雾的析出式气泡雾化喷嘴，并建立了测量喷雾相关数据的试验台。在该实验台上，利用激光动态颗粒分析仪、涡轮流量计、数码照相机等装置对所设计气泡雾化喷嘴的流量特性、液滴的粒径和速度分布特性以及雾场的宏观特性进行了实验测量和记录，并且对该系统所用的气体介质——二氧化碳的溶解规律进行了测量和分析。最后，对该系统的灭火性能进行了模拟实验。 通过喷嘴的流量特性实验发现：节流孔直径对流量影响很大，而混合室直径、长度和喷嘴出口直径对流量影响不大。通过对喷雾雾场宏观特性的观察发现：节流孔直径对混合室内两相流的流型影响很大，在节流孔后设置扰流片会大大改善喷雾的稳定性，在喷嘴出口前设置旋流片可以大大增加雾化锥角。通过分析实验测量的喷嘴出口下游液滴速度分布发现：径向0～20mm范围内速度变化剧烈，径向呈现先减小然后增大最后趋于平缓的趋势；液滴速度的大小与二氧化碳溶解的量密切相关，二氧化碳含量越大速度越高。通过分析实验测量的喷嘴出口下游液滴粒径分布发现：雾场粒径分布呈轴对称分布，液雾均匀、粒径小，液雾颗粒直径随径向距离的增大而增大。对该系统的灭火效果模拟实验表明：细水雾可以以较快的速度扑灭工业酒精、柴油火焰，对木料火焰也可以较快扑灭，但存在阴燃现象。 本文研究结果表明，析出式气泡雾化细水雾灭火系统完全可行，雾化效果好，灭火效果显著。单相输送两相雾化设计可以大大简化已有的双流体细水雾灭火系统，在节省一条管路的同时提高了系统的安全性。该系统可以在消防领域推广应用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章绪论

§1-1研究的背景及意义

1-1-1珍视生命，远离火灾

1-1-2保护环境，淘汰哈龙

1-1-3哈龙替代物的研究

§1-2国内外细水雾灭火系统的研究现状和发展趋势

1-2-1细水雾的起源及发展

1-2-2国外细水雾灭火系统研究状况

1-2-3细水雾灭火系统国内研究开发状况

§1-3本课题的主要研究内容

第二章细水雾及雾化技术

§2-1引言

§2-2细水雾灭火系统介绍

2 2-1细水雾的定义及表征特性参数

2-2-2细水雾灭火机理

2-2-3细水雾灭火系统的特点和其他系统的比较

2-2-4细水雾灭火系统的分类

§2-3雾化技术及原理

2-3-1雾化喷嘴的类型

2-3-2液体雾化的基本过程

2-3-3液滴尺寸分布表达式和平均滴径的定义

2-3-4细水雾的发生方式及气泡雾化的应用

第三章实验系统及雾化喷嘴设计

§3-1引言

§3-2实验系统的设计

3-2-1液、气源的设计

3-2-2管路系统的设计

3-2-3喷嘴夹具和集雾容器的设计

3-2-4压力、流量测量系统

3-2-5实验系统流程

§3-3实验喷嘴的设计

3-3-1喷嘴的设计

3-3-2喷嘴的计算

§3-4激光多普勒动态颗粒仪(Dual PDA)的工作原理

3-4-1液雾测量技术概述

3-4-2激光多普勒效应

3-4-3本文应用的Dual PDA介绍

第四章析出式气泡雾化细水雾系统实验研究

§4-1引言

§4-2二氧化碳的选择及其溶解实验

4-2-1二氧化碳的选择

4-2-2二氧化碳的溶解

§4-3喷嘴流量特性实验

4-3-1节流孔直径的影响

4-3-2混合室直径和长度的影响

4-3-3喷嘴出口直径的影响

§4-4雾场宏观特性及喷嘴的改进

§4-5喷嘴雾化特性实验研究

4-5-1混合室压力和流量随供水压力的变化

4-5-2喷雾出口下游速度分布

4-5-3喷雾液滴尺寸分布

4-5-4液滴平均直径分布

4-5-5二氧化碳溶解的量对雾化的影响

§4-6气泡雾化细水雾灭火有效性模拟试验

第五章结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间完成与本课题研究有关的主要成果

致谢