特高压换流变压器水喷雾灭火系统有效性实验研究

为考察在特高压换流变压器特殊火灾场景下水喷雾灭火系统的有效性,通过模拟不同数量喷头掉落情况下的冷喷实验,研究分析喷头工作压力、有效喷雾流量、水雾覆盖范围及全包络情况。结果表明：喷头工作压力、有效喷雾流量及水雾覆盖范围受掉落喷头占比影响显著,当掉落喷头占比超过10%时,喷头工作压力和有效喷雾流量均达不到标准规定要求,且喷头射程下降、覆盖范围缩小,无法全包络变压器;当喷头掉落后,消防水直接从消防支管以水柱射流形式喷射,不仅不具备水雾灭火的能力,而且有引发变压器热油火灾扩大的风险。     

超音速气动液滴荷电雾化及降尘性能试验研究*

为探究煤炭生产过程中呼吸性粉尘难以捕捉且对人体造成伤害的问题,提出超音速水雾荷电降尘技术。基于荷电雾化机理,研究电极环直径、电极间距、电压3因素对超音速气动液滴荷电、雾化效果的影响。利用网状目标法测量雾滴群电流并计算荷质比,采用SPSS软件分析3因素与雾滴荷质比之间的相关性,并用激光粒度仪测量雾滴粒径。最后,采用最优荷电雾化参数进行喷雾降尘试验。研究结果表明:各因素对荷电效果的影响次序为:电压>电极间距>电极环直径;雾滴粒径随电压的升高而减小,随电极间距的增大先增大后减小,随电极环直径的增大先减小后增大;当电压12 kV,电极间距2.5 cm,电极环直径6 cm时,超音速荷电水雾降尘效果最佳,与普通水雾降尘相比,全尘降尘效率提高12.4%,呼尘降尘效率提高49.6%。     

压力旋流喷嘴雾化特性数值模拟

为了改善生产作业环境,针对喷雾降尘作业运用最为广泛的1.5 mm孔径压力旋流喷嘴进行模拟仿真以研究雾化压力对雾化效果的影响。研究表明:在压力旋流喷嘴的雾化场中,沿喷嘴轴线方向,随着轴向距离的增大雾滴粒径不断增大、雾滴速度逐渐减小;在距喷嘴一定距离的横截面上,雾滴径向速度由中心向边缘先增大后减小,雾滴粒径随着径向距离的增大而增大,但增幅较小;同一孔径的喷嘴,随着喷雾压力的增加,雾滴轴向速度、径向速度均不断增加,速度衰减速率也增大;雾滴粒径随着喷雾压力的增大而减小,当喷雾压力达到一定数值时,继续增大喷雾压力,雾滴粒径减小幅度较小。     

细水雾特性参数对锂离子电池组灭火效果的影响

为了研究不同特性参数细水雾抑制锂电池组火灾的效果,利用计算流体动力学模型和火灾动力学模拟程序对不同特性参数细水雾灭火效果进行了分析.采用锥形量热仪在50 kW/m2辐射热条件下和100％荷电状态下对锂离子电池进行燃烧试验,获取其热释放速率曲线,热释放速率峰值为9.23 kW.在试验获得参数的基础上以6个18650型锂电池建立火灾模型,利用火灾场模拟软件FDS对不同雾滴直径、雾动量和喷雾强度的细水雾的灭火过程进行数值模拟.定量分析熄灭锂离子电池火的细水雾相对适宜的条件范围,研究细水雾的特性参数对锂离子电池组灭火效果的影响.结果表明:在细水雾雾滴动能不变的情况下,随细水雾雾滴粒径增大,灭火时间先波动后增大,在细水雾粒径为50～100μm的工况下系统抑制锂离子电池火效果最佳,灭火时间最短,耗水量最少;水雾动量变化在一定区间内增加对锂电池灭火有增强效果,当雾滴速度足以穿越火焰时,增加水雾动量对灭火效果影响不大;在规定范围内喷雾强度越大,细水雾能够气化的数量越多,吸收的热量也越多,越有利于灭锂离子电池火灾.     

一种新型组合式喷雾降尘装置流场及雾化特性试验研究

喷雾降尘是工业粉尘治理的常规技术手段,传统喷雾降尘技术存在降尘效率低、耗水量大及无法实现远距离降尘等缺陷。通过提出一种新型组合式喷雾降尘装置,并基于自行设计的气水喷雾试验平台,对该新型装置气流场分布规律、雾化粒度的空间分布规律以及相关影响因素开展试验研究。结果显示：组合式喷雾降尘装置能够将喷雾吹送至较远的降尘区域,实现远距离降尘,且装置尾部可抽吸周围含尘气体,与雾滴一并喷出,达到二次降尘效果;随着供气压力的增加,组合式喷雾降尘装置的喷雾速度呈幂函数形式增大,随着与喷口处距离的增加,装置喷雾速度自出口沿下游呈指数函数形式衰减;负压随着供气压力的增大而增大,装置尾部产生的吸气量随供气压力的增加而不断增大;随着供气压力的增加,装置的射程不断增大,增大供水压力对装置射程的提升较小;雾滴粒径随着供气压力的增加呈先增大后减小的趋势,且沿轴线方向上的不同位置的雾滴粒径呈相同的变化规律;当供气压力一定时,装置的雾滴粒径随供水压力的增加而减小。综合考虑,组合式喷雾降尘装置在现场应用时,供气压力和供水压力分别为0.4 MPa和2.0 MPa时较为合理。     

X形旋流压力喷嘴质量中值直径预测模型

X形旋流压力喷嘴是喷雾降尘常用的一类喷嘴,喷嘴雾滴粒径是重要参数.为了更好地指导喷雾降尘过程中喷嘴的选型,对工业现场常用的6种X形旋流压力喷嘴展开了雾化参数试验研究.通过试验获得了喷嘴水流量、雾化角和喷嘴MMD实测数据,结果表明,X形旋流压力喷嘴MMD随供水压力增大而减小,随喷嘴出口直径增大而增大.在此基础上,根据已有的压力喷嘴MMD经验公式,采用多元非线性回归的方法,建立了 X形旋流压力喷嘴MMD预测模型.经试验验证,模型预测值与试验值变化规律一致且平均相对误差仅约7％.所建立的预测模型可用于该类喷嘴MMD的理论预测,指导喷雾降尘工程应用中喷嘴的选型.     

振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性研究

为防治矿井排风口的粉尘对矿区周边大气环境的污染问题,基于流体动力学、气液耦合和喷雾降尘及振弦栅除尘理论,运用计算流体动力学(CFD)三维数值模拟方法,优化振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性参数,研究不同雾化压力对雾滴粒径分布及质量浓度分布的影响,分析振弦栅直径及间距对雾滴拦截效果、风速对双层振弦栅水膜作用特征。结果表明:随着雾化压力增大,雾滴粒径逐渐变小且分布集中化,雾化压力超过8 MPa后雾滴粒径分布变化不明显;不同间距的振弦栅均对流场有截流作用并伴有严重回流现象,而间距为5 mm的振弦栅对粒径较小的雾滴拦截效果更好;当进口风速为3 m/s时振弦栅表面形成水膜效果最佳,更利于粉尘捕集;模拟数据与试验结果变化趋势基本一致。     

超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化影响因素实验研究*

为掌握超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化机理及特性,采用流体力学线性不稳定理论分析雾化机理,通过喷雾实验研究不同因素对雾化性能的影响及对比不同类型喷嘴的雾化效果。研究结果表明:随着距喷嘴出口距离增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴在雾滴破碎后碰撞聚合作用由强到弱,300 mm内雾滴粒径增长速率明显,300 mm外雾滴粒径增长速率较缓。随着供气压力增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾滴粒径逐渐减小,在实测距离内SMD（平均粒径）最小为17.5 μm。不同供气压力下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴随距离增加,雾滴粒径增长趋势基本一致。有效射程内供气压力为0.1~0.5 MPa时,SMD仅为17.5~31.16 μm。对比实验中,超音速虹吸式空气雾化喷嘴SMD比内混式空气雾化喷嘴和X旋流型压力喷嘴小53.5%~74.0%。     

一种细水雾喷雾除尘装置除尘性能影响因素数值模拟

为探究细水雾喷雾除尘参数对除尘性能的影响，构建欧拉气相-欧拉粉尘-离散雾滴相耦合的3相流计算模型，同时考虑除尘过程中雾滴蒸发的影响，在气液固3相耦合基础上加入蒸发模型。将建立的模型与文献中的试验数据进行对比校验，数据偏差在15%内，表明所建模型可靠。基于建立的模型，开展了雾滴粒径、雾滴速度、尘域环境温度、风机风速等参数对除尘性能影响的模拟研究。结果表明：1)在模拟范围内，考虑雾滴蒸发综合作用影响下，较大雾滴粒径时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而增大，当雾滴粒径小于20μm时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而减小；2)喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而增大，但当雾滴速度增加到25 m/s以上时，喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而减小；3)喷雾除尘效率随尘域环境温度的升高而下降；4)喷雾除尘效率随风机风速的升高而下降。研究结果可为细水雾喷雾除尘装置的设计与使用提供理论参考。     

煤矿用喷嘴的优选方法研究与应用

喷嘴作为煤矿喷雾降尘技术的最重要元件之一,其优选问题一直没有统一的方法,在一定程度上影响了喷雾降尘技术的最佳效果。为此,在尘雾耦合沉降实验基础上,找出了雾滴沉降粉尘规律,确定了粉尘与雾滴粒径的关系:D尘≈0.1 D雾;结合喷嘴性能实验,建立一种以喷嘴雾滴粒径与各工序粉尘粒径关系为主、常规性能参数为辅的优选方法,力求进一步改善井下喷雾系统,并在高庄煤矿综放面进行了应用。通过现场实测,降尘效果有所提高。     

磁化作用对水性质的影响规律及喷雾除尘性能优化研究

为研究磁化水除尘的最佳磁化条件,提高水的利用率,通过实验得出不同磁化条件下水的表面张力、黏度;然后采用AN-SYS Fluent进行数值模拟得出磁化水降尘性能最佳时的喷雾压力和磁化条件.研究结果表明:当喷射压力为5 MPa时未磁化水的喷雾浓度较大、粒径较小;在此压力下,磁场强度为150 mT、磁化时间为80 s时,磁化...     

多层螺旋雾幕技术的喷雾模拟及降尘试验研究

为了解决掘进工作面传统喷雾除尘无法有效抑制粉尘扩散的问题,提出了一种将气动喷嘴呈螺旋状布置的多层螺旋雾幕除尘方法。采用k-ω湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过Comsol多物理场耦合数值模拟,得出了多层螺旋雾幕速度场分布和粒子轨迹的变化规律,结合模拟结果搭建试验平台,并将多层螺旋雾幕与传统喷雾的除尘效果进行对比分析。以2层雾幕为例的模拟结果显示,喷雾2 s时就会形成明显的2层螺旋状雾幕,10 s后旋转水雾充满整个模拟区域,并且雾滴粒径较传统喷雾更小。试验表明多层螺旋雾幕的除尘效果明显强于自然降尘与传统喷雾,3 min后可将浓度470 mg/m3左右的粉尘降到4 mg/m3以下。     

半封闭空间中水喷淋和泡沫灭火系统灭油池火实验研究

为了对比泡沫灭火系统和水喷淋灭火系统的灭火效率，采用装有400 mL汽油或柴油的280 mm×280 mm油盆模拟火源，分析了0.35，0.48和0.75 MPa压力下泡沫灭火系统和水喷淋灭火系统灭油池火的灭火时间、降温冷却效率及火焰面积。结果表明:泡沫灭火系统比水喷淋灭火系统灭油池火的效果更好，对汽油火的灭火时间比水喷淋灭火系统缩短了35.3%，压力对于灭火效率没有影响；柴油火的灭火效率随压力的增加而增加，不同压力下灭火时间比水喷淋灭火系统分别缩短了35.7%,42.9%和66.4%。     

20L近球形容器中甲醇喷雾液滴爆炸特性实验研究*

为了评估易燃液体喷雾的爆炸风险,借助喷雾粒度仪、高速相机以及喷雾爆炸实验系统,围绕2种粒径(表面积平均粒径:2.0 μm±0.5 μm;18.0 μm±0.5 μm)的甲醇喷雾,研究点火位置和延迟时间等因素对甲醇喷雾爆炸特性的影响。结果表明:甲醇喷雾粒径均随环境温度的增加而减小,当甲醇喷雾浓度较大时,环境温度对于甲醇喷雾粒径的影响更为显著;甲醇物料温度的改变对于其粒径的影响很小。随着点火延迟时间的增大,甲醇喷雾爆炸特性参数均呈现先增加后减小的趋势,在τ=120 ms时最大。受限空间内甲醇喷雾采用中心或上部点火方式,当甲醇喷雾浓度为356.4 g/m3(φ=1.8)时,甲醇喷雾爆炸特性参数均取得最大值;与上部位置点火相比,中心位置点火的甲醇喷雾爆炸特性参数值较大。     

速生杨木粉尘最小点火能的实验研究

为防止木材加工中木质粉尘燃爆事故的发生，以纤维板生产中常见的原材料速生杨木粉尘作为研究对象，在分析粉尘粒径分布、元素分析、工业分析及形貌特征的基础上，采用1.2 L哈特曼管对3种不同粒径（0~50，＞50~96，＞96~180 μm）速生杨木粉尘进行最小点火能实验，探究点火延迟时间、喷粉压力、质量浓度和粒径分布对速生杨木粉尘最小点火能的影响及变化规律。研究结果表明:在质量浓度为500 g/m3时，分别增加点火延迟时间和喷粉压力，最小点火能都先减小后增大；最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力分别为120 ms和120 kPa；粒径对最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力无显著影响。在点火延迟和喷粉压力分别为120 ms和120 kPa条件下，最小点火能随质量浓度的增加先减小后增大。粉尘粒径与最小点火能呈正相关性，3种样品的最小点火能分别为1~3，1~3和7~13 mJ，对应的敏感质量浓度分别为500 ，750和1 250 g/m3，属于特别着火敏感性粉尘。     

细水雾对障碍物遮挡火源抑制作用的数值研究

以大涡模拟、混合物分数模拟和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法为基础,采用火灾动力学软件FDS研究了细水雾对障碍物不同程度遮挡火的抑制作用,通过改变雾滴粒径、喷头操作压力来分析细水雾对不同遮挡情况油池火的抑制灭火作用。结果表明:当火源被障碍物完全遮挡时,操作压力低于1MPa,细水雾很难达到抑制作用,当压力达到4MPa以上时,细水雾能够将温度控制在较低范围内;细水雾粒径小于50μm时,细水雾对障碍物遮挡火有较好的抑制作用;从整体来看,随着细水雾粒径的减小、压力的升高,细水雾对障碍物遮挡火的抑制作用逐渐增强。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。