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超细水雾抑制受限空间固体火的实验与数值模拟研究

杨克  
【摘要】: 细水雾灭火技术具有环保、高效等特点,已成为哈龙灭火剂的主要替代技术之一,并在诸多领域内得到了广泛的应用。新一代细水雾灭火技术——超细水雾,其雾滴粒径均值小于50μm,流动性更好,比常规细水雾更容易悬浮,且能绕过障碍物到达着火区域以降低火源功率;高浓度的雾滴能够较长时间的处于灭火空间中,减少燃烧区域内氧气的体积分数,加速火焰与烟气冷却;具备良好的吸热特性,其比表面积的增大能加速烟气冷却,且能够非常有效地吸收火焰的热辐射;此外,其用水量相比常规细水雾更少,在某些带电场所使用更加安全。 论文以此为工程背景,依据超声雾化原理,制作了超细水雾的发生系统,测试了超细水雾的粒径大小,质量分数等相关雾场特性参数。 搭建了超细水雾抑制固体火的实验平台,选取具有代表性意义的两种固体可燃物即木材和PMMA作为研究对象,分别开展了受限空间中,超细水雾与这两种固体火相互作用的实验研究。 通过改变预燃时间、雾通量和施加时间,分别进行了不同实验条件下超细水雾抑制木材火和PMMA火的实验。通过实验得出了不同实验条件下,木材火和PMMA火的烟气平均温度、烟气中氧气的体积分数、烟气中二氧化碳的体积分数和热释放速率等特性参数的变化趋势。实验结果表明吸热冷却与隔氧窒息在整个抑制过程中发挥重要作用。 基于湍流大涡模型,建立了超细水雾与两类固体火相互作用的数值模型。结合数值模拟结果与实验现象,分析了超细水雾抑制固体火的过程。模拟验证了实验,再次表明吸热冷却与隔氧窒息机理在灭火过程中起到关键作用。


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