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细水雾抑制熄灭气体射流火焰的实验研究

陆嘉  
【摘要】: 随着我国城市化进程的不断加快,人口密度在不断增大,燃料消耗不断增大,燃料结构也发生了的变化,气体燃料,如天然气等已逐渐成为城市生活燃料的主体。但就在天然气被广泛的应用同时,增加了天然气泄漏及火灾、爆炸事故发生的危险性。细水雾灭火技术由于其灭火高效、对环境无污染、对现场人员和设备安全、用水量少等诸多优点,近年来越来越受到人们的重视。但是以往的研究都主要关注于细水雾对固体和液体燃料的灭火效果,而对细水雾熄灭可燃气体火灾的机理研究相对较少,将细水雾直接应用于熄灭可燃气体射流火的实验研究则更为罕见。因此,本文通过模拟实验来研究细水雾抑制熄灭气体射流火的有效性,深入探讨细水雾灭气体火灾的机理和影响因素。 本文首先设计了非预混气体射流火实验台,可模拟不同圆形喷嘴口径和不同气体流量的射流火焰,用于研究气体射流火的火焰结构和火焰热辐射变化,并在此基础上增加细水雾系统,进行开放空间内细水雾抑制熄灭气体射流火焰和受限空间内细水雾与气体射流火焰相互作用的研究。 用喷嘴出口雷诺数将燃烧分为层流扩散阶段、层流扩散向湍流扩散过渡阶段和完全湍流扩散阶段共三个阶段,通过改变喷嘴口径和气体流量,获得了射流火在不同阶段的火焰形态特征。实验中发现射流火自我吹熄时的气体流量以及喷嘴出口雷诺数Re是随喷嘴口径大小递增的,口径较大喷嘴在流量较小时出现低频焰脉动现象,有脉动火焰时的火焰高度和火焰辐射都与其它工况不同。实验同时也分析了火焰高度随气体流量、喷嘴口径以及喷嘴出口雷诺数的变化关系。 本文分析了射流火的火焰辐射强度与气体流量以及喷嘴出口雷诺数之间存在的联系。研究发现当射流火的火焰底部出现淡蓝色并脱离喷嘴时,火焰辐射强度随气体流量增加的增长率会明显降低,进而对火焰辐射强度非线性增长时的特点进行了分析,总结了火焰辐射强度大小变化的一般性规律,对有脉动火焰等现象时火焰辐射强度较强的原因也做了讨论。 开展了开放空间内细水雾抑制熄灭非预混甲烷气体射流火焰的模拟实验,发现细水雾熄灭气体射流火焰时有两种不同的灭火过程并分析了两种过程的特点。尝试用射流火的喷嘴出口雷诺数Re来划分和判断细水雾熄灭气体射流火焰难易程度,发现处于完全湍流燃烧阶段或近完全湍流燃烧阶段的射流火焰最难灭。进而讨论了细水雾灭开放空间内气体射流火焰的主要机理,发现细水雾作用于射流火焰的有效雾通量的吸热功率大小直接决定了是否能灭火成功以及灭火的时间快慢。实验进而分析了细水雾压力的大小对灭气体射流火焰的效率的影响,发现细水雾压力大时的灭火效率明显要高于压力小的情况。通过改变不同细水雾喷射方式,发现在采用侧喷和从底部斜向上喷方式时的灭火效果非常好。 通过模拟实验对受限空间内细水雾与气体射流火焰的相互作用进行了研究,结果发现延迟施加细水雾的灭火效率比不延迟施加时要高,受限空间内火源功率越大灭火效果越好。由于受限空间能够积累大量的水蒸气,使得细水雾灭气体射流火焰的效果比开放空间内要好。


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