通风及细水雾耦合系统与柴油池火相互作用的研究

摘要

火灾是人类所面临的的最严重的灾害之一，对人类社会和自然环境的危害巨大，其中隧道火灾尤为引人关注。日益严峻的消防形势推动了防火灭火技术的研究与应用。随着维也纳公约及蒙特利尔议定书的签订，已广泛应用的卤代烷灭火剂停止使用，因而寻找其理想替代物，成为亟待解决的问题。细水雾以其环境友好、灭火迅速、应用广泛等特点，被认为是卤代烷灭火剂的理想替代品，受到了各国研究人员的重视。然而由于其在通风等复杂环境中的灭火机理尚不明确，导致其无法广泛应用。因此，探寻细水雾抑制熄灭火灾的灭火机理，是推动细水雾灭火系统走向实用阶段的重要环节。
　　本文围绕通风及细水雾耦合系统与柴油池火的相互作用这一研究课题，首先搭建了6m×1.5m×2m的小尺度隧道工程实验平台，通过对实验过程中质量损失速率、火场温度、火源热辐射及O2、 CO浓度等的测定和分析，将通风与细水雾耦合作用下抑制熄灭柴油池火的过程分为三个阶段，即强化阶段、控制阶段和熄灭阶段，分析了三个不同阶段通风与细水雾耦合作用的灭火机理，同时探寻了影响通风与细水雾耦合作用灭火效果的主要影响因素。结果表明:从灭火机理来看，强化阶段主要表现为火焰冷却和衰减热辐射;控制阶段为表面冷却和衰减热辐射;熄灭阶段为动力学作用和表面冷却。从耦合系统的控火效果来看，顶部排烟模式与细水雾的耦合作用效果优于纵向排烟模式;当细水雾的工作压力提高到10MPa，工作压力的增加对于细水雾灭火效果的提升非常有限;细水雾喷头的安装间距应小于等于环境风速导致的细水雾偏移量。
　　基于隧道实验平台的实验结果及对耦合作用系统灭火过程的尺度分析，建立了隧道工程大尺度空间数值模拟模型，应用火灾动力学模拟软件FDS进行了数值模拟，通过对实验与模拟结果的对比，探讨了尺度关系的可靠性以及小尺度实验结果应用到大尺度空间的适用性。结果表明，大尺度数值模拟与模型实验中的灭火过程及火灾温度场的发展规律基本一致，说明相应的尺度关系和实验结果可以适用于预测通风环境中细水雾熄灭抑制隧道柴油池火的过程。

目录

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摘要

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第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 存在的不足

1．4 研究内容与研究方法

第2章 细水雾特征参数及灭火机理

2．1 细水雾简介

2．2 细水雾生成机理

2．3 细水雾灭火系统分类

2．4 细水雾特征参数

2．4．1 雾化锥角

2．4．2 雾动量

2．4．3 雾通量

2．4．4 粒径分布

2．4．5 液滴生存时间

2．5 细水雾灭火机理

2．5．1 火焰冷却

2．5．2 隔氧窒息

2．5．3 衰减热辐射

2．5．4 表面冷却

2．5．5 动力学作用

2．6 细水雾灭火效果的影响因素

2．6．1 通风

2．6．2 障碍物遮挡

2．6．3 添加剂

2．6．4 火源位置

第3章 细水雾熄灭柴油池火实验设计

3．1 隧道实验平台简介

3．2 泵组式高压细水雾发生系统

3．3 质量损失测量系统

3．4 温度及热通量监测系统

3．6 细水雾流量监测系统

3．5 烟气分析系统

3．7 风速监测系统

3．8 热成像监测系统

3．9 实验方法与实验内容

第4章 通风与细水雾耦合作用灭火机理分析

4．1 质量损失速率标定

4．1．1 池火燃烧速率

4．1．2 池火的热平衡

4．1．3 质量损失标定

4．2 耦合作用对温度场的影响

4．3 耦合作用对热通量的影响

4．4 耦合作用对烟气的影响

4．5 耦合作用灭火的主导机理分析

第5章 影响耦合作用效果的因素分析

5．1 排烟模式的影响

5．2 工作压力的影响

5．3 通风速度的影响

5．4 火源位置的影响

5．5 本章小结

第6章 通风与细水雾耦合作用的尺度模拟

6．1 基本守恒方程及无量纲化

6．2 尺度关系的建立

6．3 模拟软件FDS及数学模型

6．3．1 FDS简介

6．3．2 数学模型

6．3．3 燃烧模型

6．3．4 辐射模型

6．3．5 喷头动作模型

6．3．6 液滴模型

6．4 基于尺度关系的模拟分析

6．4．1 实验设计参数的确定

6．4．2 尺度模拟的验证

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 本文结论

7．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论著及获奖情况