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压缩空气泡沫系统(CAFS)泡沫性能的试验研究

李慧清  
【摘要】:压缩空气泡沫系统(CAFS)是近年来出现并得到长足发展的一种高效泡沫灭火系统。本论文首先讨论了试验用CAFS系统的设计和建立,包括CAFS系统动力配置的设计、总体参数的确定、泵和压缩机的选型及系统各部分的选型和设计。 对CAFS系统产生灭火泡沫的性能进行测定,试验结果表明泡沫的粘性、稳定性、渗透性和抗烧性能都大大优于水。泡沫表面张力系数比水降低43%~64%,粘性系数是水的20倍以上,抗烧时间是水的9~18倍。另外,泡沫的析液时间、抗烧时间与泡沫气体百分比和泡沫平均直径等因素有关。 泡沫的性能参数除与泡沫灭火剂的组分有关外,还与压缩空气和混合液的混合参数有关。分别对气液混合的方式、混合面积、混合压力等三个参数进行讨论。找到三个影响因素对泡沫质量的影响规律。 研究泡沫这种特殊流体的流变学性能时,用专门设计的钟摆式屈服应力测定装置测量泡沫的屈服应力,摆片为矩形。在极低的剪切速率下,摆杆与铅垂方向的夹角有力证明了有关泡沫屈服应力的假设。屈服应力的值可以很容易地通过摆杆与铅垂方向的夹角计算,夹角在刻度盘上可以准确地读出。泡沫屈服应力与气体百分比、析液时间、泡沫平均尺寸有关。试验得到了屈服应力与其每一影响因素的关系曲线和回归方程。由于泡沫屈服应力的几个影响因素之间不独立,有关泡沫屈服应力的机理和影响因素还有不确定之处,因此,在现有实验条件下,无法建立理想的屈服应力与其影响因素关系的数学模型。 试验还证明了泡沫的另外一个重要性质,即泡沫具有剪切变稀的性质。使旋转粘度计不同直径的三个转子分别在四种转速下转动,试验结果表现出同样的趋势,即随着剪切速率的增大,泡沫的粘性系数降低。依据粘性系数曲线和屈服应力测定结果,分别得到了泡沫剪切应力-剪切速率的曲线和公式模型。这个模型描述了泡沫这种特殊流体的流变学性质,在国内外有关的研究中未见报道。这一模型的提出对CAFS系统产生泡沫应用于森林火灾扑救有重要指导意义,可用于预测外力作用下灭火泡沫的流动行为,充分发挥泡沫的阻火和灭火效能。 另外,论文还对建立森林火灾扑救用CAFS系统提出了建议。


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