压气低压水预混细水雾灭F类火灾特性研究

摘要

近年来,随着人们生活节奏的加快,高温烹饪技术的使用越来越普遍，由此引发的厨房火灾也时有发生,由厨房引起的火灾中有接近一半是由高温食用油引发的，对人们的生命和财产造成极大的威胁。传统的厨房灭火剂在快速降温、防止复燃、环境友好性等方面存在不足。细水雾作为目前最为理想的灭火剂，在工业火灾方面有着广泛的应用，但在食用油火灾方面的应用接近空白。 首先分析了压气低压水预混喷嘴装置的雾化过程和喷雾灭火机理。通过喷雾实验比较三种预混器的预混性能，比较喷雾装置不同喷嘴、不同孔径和不同水、气配比工况下的喷雾性能,同时与高压水喷雾进行比较。通过FDS软件模拟比较自由燃烧、高压水喷雾灭火和压气低压水预混喷雾灭火过程的空间温度、烟气运动和气体质量的变化情况。通过喷雾灭食用油火灾实验比较喷雾装置不同喷嘴、不同孔径、不同水、气配比和不同覆盖率工况下的灭火性能，同时与同水流量的高压水细水雾的灭火性能进行比较。 研究结果表明：装置的雾化过程包括预混器雾化、输送段雾化和喷嘴雾化，喷雾灭火的机理是冷却燃料表面、冷却火焰、动力学作用和衰减热辐射；三种预混器中旋转射流式预混器的预混效果最佳；常规雾化喷嘴中3mm孔径的实心X型喷嘴的喷雾效果最佳，其对应的最佳匹配的压力和流量分别为气压0.45MPa,水压0.6MPa，气流量10m3/h和水流量6L/min，喷雾效果优于同水流量的高压水喷雾；扇形喷嘴的雾化性能仅次于实心X型喷嘴，每个孔径都存在一个有效喷雾的最佳匹配的流量和压力，其中3mm孔径扇形喷嘴的有效喷雾弥漫高度为2.5m-3.0m；与自由燃烧相比高压水喷雾和压气低压水预混喷雾都可有效降低空间温度、压制烟气层和有效控制空间气体质量，但压气低压水预混喷雾在这三个方面的性能都优于高压水喷雾；实验用的食用油的加热燃烧经历了油温升高、油汽蒸发、初始燃烧、燃烧增强、燃烧峰值和燃烧稳定六个过程，装置的喷雾灭火过程经历火焰偏让、火焰膨胀、火焰撕裂、平面火焰和火焰熄灭五个阶段；实心X型喷嘴、扇形喷嘴、直射喷嘴、空心喷嘴和外螺旋喷嘴这五类喷嘴中实心X型喷嘴和扇形喷嘴的喷雾灭火性能较好，实心X型喷嘴3mm孔径的灭火性能最佳，其对应的最佳匹配参数值为水流量6L/min、气流量10m3/h、水压0.6MPa和气压0.45MPa，该工况下的其对应的有效灭火半径为96.24cm；不同孔径的扇形喷嘴中3mm孔径喷嘴的灭火性能最佳，其对应的最佳匹配参数值为水压0.6MPa、气压0.45MPa、水流量4.0L/min和气流量12m3/h；同时，与同流量的高压水喷雾相比压气低压水预混喷雾的灭火性能更优越。

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摘 要

Abstract

符号表

1绪论

1.1研究背景

1.1.1厨房火灾现状

1.1.2食用油火灾特点

1.1.3灭食用油火灾技术发展

1.2国内外研究现状

1.2.1消防领域现有雾化技术的研究现状

1.2.2两相流雾化技术的研究现状

1.2.3灭食用油火灾技术的研究现状

1.2.4存在的主要问题

1.3研究目的、内容和技术路线

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

2压气低压水预混喷雾灭火机理

2.1压气低压水预混喷雾装置结构

2.2压气低压水预混喷雾装置的雾化过程

2.2.1预混器雾化

2.2.2输送段雾化

2.2.3喷嘴雾化

2.3压气低压水预混细水雾灭火机理

2.3.1冷却火焰和燃料表面

2.3.2动力学作用

2.3.3衰减热辐射

2.3.4稀释与隔离氧气

2.4影响装置喷雾灭火性能的参数

3压气低压水预混喷雾雾化性能研究

3.1预混器预混性能实验研究

3.1.1预混器设计

3.1.2实验方案

3.1.3实验结果与讨论

3.2喷雾装置喷雾性能实验研究

3.2.1实验系统介绍

3.2.2实验方案

3.2.3实验结果与讨论

3.3本章小结

4压气低压水预混细水雾灭火性能模拟研究

4.1PyroSim火灾模拟软件介绍

4.2建立模拟模型

4.2.1物理模型的建立

4.2.2数学模型的建立

4.3模型工况设计

4.3.1边界条件的设计

4.3.2工况条件的设计

4.4模拟结果与讨论

4.4.1自由燃烧模拟结果与分析

4.4.2与高压水细水雾灭火模拟结果比较分析

4.5本章小结

5压气低压水预混细水雾灭火实验研究

5.1实验系统介绍

5.2实验方案

5.3压气低压水预混细水雾灭火过程

5.4实验结果与讨论

5.4.1食用油燃烧性能结果与分析

5.4.2不同类型喷嘴灭火结果与分析

5.4.3实心X型喷嘴不同参数条件下灭火结果与分析

5.4.4扇形喷嘴不同参数条件下灭火结果与分析

5.4.5与高压水细水雾灭火性能比较分析

5.5本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2存在问题及展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢