水雾抑制气体爆炸火焰传播的实验研究

利用自行设计的全程透明的火焰加速管系统和细水雾实验系统 ,对不同水雾条件下的气体火焰传播现象进行了实验研究。运用光电传感器与CCD摄像技术 ,笔者分析了不同水雾条件下的甲烷预混气体火焰传播速度、传播火焰阵面轨迹 ;探讨了水雾抑制气体火焰传播的机理及条件。实验发现了在一定条件水雾作用下的气体传播火焰阵面拉伸与火焰驻留的现象与条件 ,实验结果表明 :水雾对气体爆炸火焰传播的抑制是由于水雾作用于火焰阵面反应区 ,降低了反应区内火焰温度和气体燃烧速度 ,减缓了火焰阵面传热与传质的进行 ,从而使传播火焰得以抑制 ;而水雾对气体爆炸火焰传播的抑制效果与水雾通量、雾区浓度、水雾区长度以及火焰到达水雾区的火焰传播速度有关     

水雾作用下气体爆炸火焰传播的实验研究

利用自行设计的全程透明的火焰加速管和水喷雾系统，对不同水雾条件下的气体火焰传播现象进行了实验研究。运用光电传感器与数字摄像技术分析了不同浓度的甲烷在不同水雾条件下的火焰传播速度、火焰阵面轨迹以及火焰结构特性，并通过对传播火焰反应区温度的测量，探讨了水雾抑制气体爆炸火焰传播的内在机理及所需的条件。实验结果表明：由于水雾作用于火焰反应区，降低了火焰反应区内的温度和气体燃烧速度，延长火焰阵面的预热区，减缓火焰阵面传热与传质的进行，从而使传播火焰得以抑制。水雾对气体爆炸火焰传播的抑制效果与水雾流量速度、雾区浓度以及火焰到达水雾区的火焰传播速度有关。     

含NaCl超细水雾抑制甲烷爆炸实验研究

为研究含NaCl添加剂超细水雾对甲烷爆炸的影响,在自制的半封闭透明管道内,进行含NaCl添加剂超细水雾抑制甲烷爆炸试验,通过检测和分析在不同NaCl浓度情况下超细水雾的粒径和甲烷爆炸的平均火焰传播速度、爆炸超压以及平均升压速率,探究NaCl浓度对超细水雾粒径及其对抑制甲烷爆炸有效性的影响。研究结果表明:NaCl浓度对超细水雾粒径影响较小;对于体积分数为9.5%的甲烷,相比于纯甲烷爆炸,其平均火焰传播速率、最大爆炸超压以及平均升压速率分别下降了53.7%,63.4%和60.7%,相比于超细纯水雾,其平均火焰传播速率、最大爆炸超压以及平均升压速率分别下降了38.6%,58%,56%;在通雾量相同的条件下,浓度为2.5%NaCl超细水雾对体积分数为9.5%的甲烷爆炸抑制性能最佳;含NaCl添加剂超细水雾的物理化学共同作用可以有效抑爆甲烷。     

水雾喷洒时间对滑移装置下甲烷爆炸特性影响

为提升滑移装置抑爆效果，在方形管中通入体积分数为9.5%甲烷/空气预混气体，分析细水雾协同不同弹性系数滑移装置作用下，水雾起始喷洒时间对预混气体爆炸特性影响。结果表明：先喷、指尖喷出现坡形火焰二次加速火焰传播，爆炸反应加剧，水雾不同程度充当障碍物加速火焰传播和碰壁断链，缩短火焰熄灭时间；后喷细水雾障碍物作用微弱，利用吸热降温作用抑制火焰传播，熄灭耗时相对较长。在爆炸超压方面，0.22 N/mm、0.42 N/mm 2种弹性系数滑移装置协同作用，先喷情形超压峰值增幅分别为9.25%、16.55%,指尖喷情形则高达88.71%、77.37%,促爆效果明显。后喷有一定的抑爆作用，超压峰值降幅分别为7.11%、2.93%。综上，后喷的抑爆效果优于先喷和指尖喷。     

含菌-无机盐超细水雾抑制甲烷爆炸试验研究

为进一步提高超细水雾抑制甲烷爆炸的效率,搭建抑制甲烷爆炸试验平台,开展用含甲烷氧化菌-无机盐超细水雾降解与抑爆甲烷的试验研究,考虑降解时间、第1次通雾量、第2次通雾量等3个因素进行正交试验,分析不同试验条件下甲烷爆炸压力和火焰传播过程。结果表明:改性培养基中的甲烷氧化菌降解甲烷效果优于普通培养基;降解时间对甲烷最大爆炸超压ΔP_(max)有显著影响,第2次通雾量对甲烷最大爆炸超压ΔP_(max)有一定影响;降解时间对火焰平均传播速度有显著影响,第2次通雾量对火焰平均传播速度有一定影响;同时增加降解时间和第2次通雾量可以降低平均升压速率和火焰平均传播速度。     

喷粉压力对KHCO_3冷气溶胶甲烷抑爆效果影响研究

为实现主动式喷粉抑爆系统的最佳抑爆效果,基于5 L管道爆炸试验平台,测试喷粉压力对碳酸氢钾(KHCO_3)冷气溶胶分散状况的影响,并开展KHCO_3冷气溶胶对于9.5%甲烷-空气预混气体爆炸的抑制试验,考察了不同喷粉压力下形成的KHCO_3冷气溶胶对甲烷爆炸压力及火焰传播的抑制效果。结果表明:喷粉压力显著影响KHCO_3冷气溶胶的分散状况,进而影响其甲烷抑爆效果,KHCO_3冷气溶胶在低喷粉压力下难以分散且抑爆效果不佳,仅对前期火焰产生抑制作用;随着喷粉压力增加,KHCO_3冷气溶胶抑爆效果逐渐提升,甲烷爆炸火焰传播减缓,最大爆炸压力降低;但当KHCO_3冷气溶胶得到充分分散时,继续增加喷粉压力对其抑爆效果提升很小。     

可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

超细水雾抑制甲烷爆炸的影响因素分析

为深入了解超细水雾对甲烷爆炸的抑制作用,搭建小尺寸半封闭可视化试验平台并开展试验,研究超细水雾喷施量、甲烷体积分数、通入甲烷位置和预混时间4个因素对甲烷与空气的混合物的爆炸的影响。结果表明:超细水雾能有效抑制甲烷爆炸,其中对9. 5%甲烷的抑制作用最明显;随着超细水雾喷施量的增大,抑制作用增强;甲烷体积分数对甲烷爆炸最大爆炸超压ΔP_(max)有显著影响,超细水雾喷施量对甲烷爆炸ΔP_(max)有一定影响;超细水雾喷施量对甲烷爆炸火焰传播时间有显著影响,甲烷体积分数对甲烷爆炸火焰传播时间有一定影响。     

铝镁合金泡沫抑制甲烷-空气混合物爆炸火焰传播

为探究铝镁合金泡沫材料对爆炸的抑制效果,用净尺寸为80 mm×80 mm×900 mm的爆炸管道,开展该泡沫材料在不同填充密度下的甲烷爆炸抑制试验;综合探讨该种材料对爆炸火焰传播速度、压力、火焰阵面形态的影响。结果表明:当填充密度为10 kg/m~3时,铝镁合金泡沫材料对火焰传播有微弱的强化作用;当填充密度大于20 kg/m~3时,它对火焰传播转变为抑制作用,随着填充密度的增加,火焰传播速度达到第一峰值的时间和管道密封膜片破裂的时间都进一步延长;填充密度达40 kg/m~3时,火焰传播被完全抑制。受填充材料的影响,火焰形态在穿越填充区域后由层流火焰变为湍流沙漏状火焰。该种材料的抑爆机制主要体现在湍流促进和冷却抑制2个方面。     

超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究(英文)

用自行设计的三面透明的细水雾抑制甲烷爆炸的实验装置,研究了不同体积超细水雾对不同浓度甲烷爆炸的抑制现象。运用GigaView高速摄影观察了超细水雾抑制甲烷爆炸的过程,并且对现象进行了分析。采用四个E12-1-K型快速响应热电偶获取超细水雾抑爆过程中四个不同位置的温度变化情况,并且讨论了甲烷浓度和超细水雾体积对爆炸延迟时间的影响。实验结果表明,超细水雾对甲烷爆炸的抑制效果是与水雾的体积和甲烷浓度紧密相关的。初步确定了超细水雾抑制甲烷爆炸的临界体积。     

Ignition of hydraulic fluid sprays by open flames and hot surfaces

A study of the ignition of non-fire-resistant hydraulic fluid sprays was conducted by the National Institute for Occupational Safety and Health. Both an open flame and a hot steel surface were used as the external heat sources. With the open flame as the heat source, the minimum oil temperature and minimum spray nozzle pressure that resulted in an ignition were measured. The effects of the distance between the open flame and the nozzle and the nozzle orifice diameter on the ignitability of the hydraulic fluid sprays were examined. With the hot surface as the heat source, the minimum surface ignition temperature was determined. The degree of oil atomization and the relative direction of oil injection with respect to the hot surface are discussed. The ignition of oil sprays from the impingement of oil jets onto a vertical surface was also investigated. Finally, the results are compared with those obtained for fire-resistant hydraulic fluids.     

水喷淋控制烟气输运的大涡模拟研究

本文采用大涡模拟方法研究了烟气输运和水喷淋之间的相互作用问题。研究目的是探讨水喷淋（或细水雾）对烟气输运的控制和抑制的有效性和要行性。为了有效地模拟烟气输运过程，本文采用了低马赫数近似下的三维可压缩滤波形式的Navier-Stokes方程进行有限差分法数值求解。烟气的生成和运动采用携带燃烧反应热的Lagrangian粒子（热元模型）来模拟，同时喷淋器喷出的细水雾也采用模型模拟。在本文的研究中，烟气由一个独立的火池产生并且被一股来流（或风）驱动，从而在一个方形槽道里形成烟气输运，在火池下游槽道的顶部布置若干个喷淋器并喷出水雾，以便探讨水雾对烟气输运的控制作用。本文着重分析讨论了不同喷淋角和水雾半径下水雾对烟气输运的控制和抑制效果。     

The use of water sprays for mitigating chlorine gaseous releases escaping from a storage shed

Accidental releases of toxic gases in partially confined spaces, like a storage shed, can sometimes be controlled by water sprays. This paper presents the results of experimental field tests during which various water sprays were used to mitigate chlorine gaseous releases. The releases (source strength: 1–4 kg/min) simulated a loss of containment occurring at an industrial chlorine storage installation (5 m³). The mitigation performances of different water sprays were investigated for diverse configurations, and under various atmospheric conditions. The best chlorine concentration reduction was achieved close to the source by a mobile upward water spray, with a maximum concentration reduction of a factor 10 at a distance of 5 m downstream from the source, and for a release flow rate of about 2 kg/min. The good performances of a fixed downward flat fan water spray were also pointed out (mean concentration reduction of a factor 2–5 for the whole series of experiments carried out), with an optimum of effectiveness at a distance of 10 m downstream from the source. In low wind speed conditions (U₁₀<1 m/s), the downward flat fan water spray was more effective for weak release flow rates. The mitigation effectiveness by absorption remained slight (<3%).     

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%。     

Production of fire extinguishing mixture by solid propellant propulsion

The behavior of fire suppression by water mist spray has been studied by using the experimental setup which employs the double-based solid propellant gas generator for water mist production. The burning products of solid fuel form a supersonic flow injected through the nozzle into the diffuser chamber having input for the water component ejected from the storage. High values of temperature and pressure at stagnation point impart the substantial kinetic energy to the flow, which provides the atomization of water droplets into mist spray. Since the water evaporation occurs already in the diffuser chamber due to the high temperature of input gas flow, the droplet size is gradually decreases to the lower limit value that could ever exist. The presence of vapor phase enlarges the volume of fire extinguishing jet allowing it to operate as a flooding agent (along with the effect of heat consumption due to water evaporation) at the very beginning of fire suppression process, much before the water droplets evaporation by the flame itself. Proposed technique of the water mist production has showed noticeable fire suppression capability through the series of testing application to the gasoline and wood model fire sources.     

基于灰色关联分析的变压器油池火灭火有效性评估

为对比不同灭火系统扑灭变压器油池火灾有效性,提升变压器油池火灭火效能,从效能评估工具、灭火临界参数、行业法规中提取并确定变压器油池火灭火有效性评估指标集,包括3个观测变量,6个具体指标。采用Otsu’s算法处理火灾图像确定火焰面积,通过层次分析法确定各观测变量和具体指标权重,应用灰色关联法构建变压器油池灭火有效性评估模型。以水喷雾、细水雾、泡沫-水喷雾以及泡沫-细水雾扑灭变压器油池火为例,分别计算4种不同灭火系统下的灭火有效性。研究结果表明：灭火方案有效性为泡沫细水雾(1.000)>纯水细水雾(0.653)>泡沫水喷雾(0.447)>纯水水喷雾(0.333)。该评估模型可以将消防监测终端采集的消防大数据与人工智能技术有效结合,有助于提升变压器消防安全管理智能化水平。     

小型高压水射流旋转喷头的研究与应用

小型水射流旋转喷头是一种可广泛应用于各行各业各种类型清洗的装置。它利用泵加压后水能产生的力，通过行星轮系及喷嘴偏心使喷头自转，产生旋转射流，扩大清洗面，对提高清洗效率的研究及应用有一定的参考价值。