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多组分细水雾与扩散火焰相互作用的模拟研究

丛北华  
【摘要】:细水雾作为哈龙替代品之一,由于灭火高效、无毒,价格低廉和对环境友好等优良特性,在全球范围内受到普遍重视并获得广泛研究。但是,细水雾仍属于抑制熄灭火灾的物理方法,灭火效能要低于哈龙等化学灭火剂,并在某些特殊火灾场景下的应用存在局限性。因此通过向细水雾中添加其它物质,对细水雾的物理或化学性质进行改性,增强其物理灭火作用或增加化学灭火作用,成为国际火灾科学前沿研究热点之一。另一方面,细水雾的灭火机理复杂,影响细水雾灭火性能的因素众多。迄今为止,在细水雾灭火系统的设计与评价中还不能倚赖于一般性原则或统一标准,必须依照相应的实验和测试规范,这不利于细水雾灭火技术的推广应用。因此,发展合理可靠的数值预测方法,减少对实验的依赖,降低设计成本是拓展细水雾灭火技术应用的另一个关键所在。 解决上述两个问题的核心和基础是细水雾及添加剂与扩散火焰的相互作用。鉴于当前的研究现状,本文的研究目标有三方面:一是建立小尺度的扩散火焰装置,应用先进的实验诊断方法,深化认识细水雾、添加剂与火焰相互作用的机理;二是开展细水雾灭火有效性研究,探求影响细水雾灭火性能的因素与规律;三是建立细水雾与扩散火焰的相互作用模型。 研究的第一部分,即细水雾、添加剂与小尺度扩散火焰相互作用机理的研究。这部分在分析比较多种简单火焰装置的基础上,首先建立了同轴流动Cup Burner实验装置,并对该装置产生的CH_4/air扩散火焰特性开展了实验与数值模拟研究。然后利用Cup Burner装置分别研究了纯细水雾和含添加剂细水雾与CH_4/air扩散火焰的相互作用机理。最后利用Cup Burner装置测量了细水雾及添加剂作用下酒精火的临界灭火浓度。结果表明,Cup Burner火焰具有实际火灾火焰的基本特征,但也存在较大差异,即富氧燃烧与存在环形预混稳定燃烧区。因此Cup_burner火焰比实际火灾火焰具有更不利的灭火条件,对应着灭火的“Worst_Case”:在细水雾与Cup Burner火焰相互作用中,细水雾抑制性能不仅受到雾滴粒径与密度的影响,同样也受制于气相火焰结构。当细水雾与扩散火焰同轴流动,即使粒径为10μm的超细雾滴也很难被卷吸进火焰区,而是在向火焰区运动过程中,受到流场变化与阻力及自身重力的影响,与火焰“擦身而过”,难以充分发


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