细水雾灭火过程中雾卷吸影响因素的研究

细水雾与火焰相互作用中雾滴主要是通过动量和雾卷吸进入火焰区,以达到抑制或扑灭火焰的效果.对细水雾与煤油火相互作用时雾卷吸现象及其影响因素进行了研究,初步确定了雾卷吸量的计算方法,对各种影响卷吸效果的因素做了研究,并进行了大量的灭火实验.实验结果表明:细水雾的卷吸效果随着雾通量增加而增加,随着雾滴粒径增加而减小.     

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.     

基于数值模拟的细水雾在汽车涂装车间喷漆室的应用研究

采用FDS软件对细水雾扑救汽车涂装车间喷漆室火灾的灭火效能进行数值模拟分析,着重探讨了喷漆室纵向通风、细水雾雾滴粒径、雾滴喷射速度、汽车障碍物等对扑灭油漆火的影响。模拟结果表明:在细水雾与油漆火的相互作用过程中,细水雾对火源的表面冷却和隔氧窒息作用显著;为了防止室内氧气得到补充,在开启细水雾灭火的同时应当联动控制关闭纵向通风系统;在模拟工况条件下雾滴粒径为100μm~300μm的细水雾灭火效果优于粒径为400μm、500μm的细水雾;雾滴在一定喷射速度范围内速度越大灭火效果越好,喷射速度为10m/s的雾滴灭火效果明显优于3m/s和5m/s的雾滴,但是为了防止火焰横向蔓延,喷射速度不宜过高;在汽车障碍物火灾中部分微小的细水雾雾滴受到火焰的卷吸作用,可以绕过障碍物进入火区发挥冷却作用,细水雾灭火系统能够有效控制障碍物火灾,可以应用于汽车涂装车间喷漆室。     

细水雾扑灭食用油火的有效性及影响因素研究

为研究细水雾抑制熄灭厨房火灾的性能,按照家庭、酒店或快餐店小规模厨房的场景,开展封闭空间细水雾灭火技术缩小比例火灾试验。基于自行设计的细水雾灭火试验系统,采用分体式激光粒度仪测定细水雾粒径,改变喷嘴类型和工作压力,进行多工况灭火有效性试验。结果表明:细水雾扑灭食用油火的有效性随压力和细水雾流量的增大而提高,并且增加流量比增大压力有效;细水雾抑制熄灭食用油火的主要机理为冷却燃料表面,当液滴粒径大于200岬且工作压力大于0.2 MPa时,细水雾能够穿过火羽到达食用油表面进行冷却,同时,细水雾动量和雾锥角也影响细水雾的灭火有效性。     

细水雾雾强分布及灭火有效性实验研究

研究了系统压力变化对细水雾雾场分布的影响,定量表征了细水雾雾场分布特性。实验发现系统压力增大,细水雾总流量增大,细水雾分布向中心集中。通过改变燃料种类、系统压力、火源位置等条件,研究不同雾场强度下细水雾对不同燃烧模型的灭火有效性,实验发现在雾场强度较高的情况下,灭火效率很高,而在雾场强度较低的情况下,难以熄灭火焰。雾场强度较低时,细水雾对不同燃料的灭火效果不同,闪点较低的燃料容易强化燃烧,闪点较高的燃料燃烧会受到抑制。     

含氯化亚铁添加剂细水雾灭火有效性的实验研究

为了提高常规细水雾的灭火有效性,拓展其应用范围,本文采用小尺度实验的方法,研究了含氯化亚铁添加剂细水雾在不同燃料种类、添加剂浓度、压力下扑灭池火的有效性。实验结果表明：向细水雾中添加氯化亚铁,显著地影响了它的灭火性能;细水雾的灭火时间随着加入的氯化亚铁的质量浓度变化而发生改变,而且存在一个最短灭火时间浓度;细水雾喷头的工作压力和燃料的类型也对细水雾的灭火性能有影响,喷头工作压力越大,细水雾的平均灭火时间越短;在相同的实验条件下,细水雾灭煤油火的时间要短于灭乙醇火的时间。     

双流体细水雾对木垛火的灭火特性研究

使用气泡雾化喷头和氮气、空气及二氧化碳3种雾化气体对木垛火进行双流体细水雾灭火试验,研究了双流体细水雾与木垛火的相互作用特点及细水雾和雾化气体的协同灭火机理.结果表明,水流率足够的条件下,双流体细水雾可以快速抑制木垛火,但完全扑灭木垛内部的火焰需要较长时间;喷头施加的水流率越大,灭火时间越短;雾化气体起到了辅助灭火的作用,且雾化气体本身的灭火能力越强,对应的双流体细水雾的灭火时间越短.     

受限空间细水雾熄灭油池火机理探讨

细水雾熄灭油池火机理一般为气体冷却、表面冷却、稀释氧气及衰减辐射,但在一些受限空间内细水雾熄灭油池火的机理是其中一种或者几种的组合。在受限空间内,细水雾扑灭火灾的影响因素还包括开口面积、开口处空间内和空间外的温度差及可燃物的燃烧强度。通过对受限空间细水雾灭火机理的探讨研究,分析了在特定条件下细水雾灭火的影响因素,推出了在受限空间内细水雾灭火时间的大致规律。     

细水雾灭垂直立面火实验研究

对细水雾灭垂直立面火进行了实验研究。结果表明,喷头和火源之间存在一个最佳的水平距离,在此距离上,细水雾能够扑灭的火源尺寸或火源的位置范围最大。喷头向燃料表面垂直喷射时,灭火时间最短。斜向喷射时,随着喷射角度的增大,灭火时间逐渐增大,直至灭火失败。喷头斜向上喷射时的灭火效果优于斜向下喷射时的灭火效果,能够在更大的喷射距离上扑灭相同规模的火源。     

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。     

不同喷射方式细水雾灭火效果的试验

细水雾的喷射方式对其灭火效果存在一定的影响。利用时间继电器控制细水雾灭火系统的启停,开展了连续式和脉冲式两种喷射方式的细水雾对开门与关门两种通风条件下不同燃料油池火分别进行抑制的试验研究。结果表明:在试验条件下,对于开门状态下连续式细水雾难以扑灭的汽油池火,脉冲式细水雾能显著提高灭火效果;对于连续式细水雾容易扑灭的柴油池火及关门状态下的汽油池火,脉冲式细水雾不能提高灭火效果,且灭火时间和用水量均有所增加;对于细水雾难以扑灭的酒精池火,连续式细水雾和脉冲式细水雾均未有效扑灭火焰。     

A study of the probability distribution of pool fire extinguishing times using water mist

Water mist, a replacement for Halon gaseous agents in fire fighting, has been studied for decades. However, the fire-extinguishing reliability of water mist is debated. For example, there are significant differences in extinguishing times between tests conducted under the same conditions, and water mists have difficulty extinguishing small fires. To date, no study of the probability distribution of extinguishing times has been reported. In this study a statistical analysis of the extinguishing time distribution of pool fires extinguished using water mist is presented. The fire sources were circular/square stainless steel pans with gasoline, diesel, ethanol or daqing RP-3 as fuel. Two types of extinguishing scenarios were observed. In one situation, the fire was extinguished via a blow off process, when the flames had not yet been suppressed. Flame cooling is the primary fire extinguishing mechanism; the mass loss rate and combustion heat of the fuel are two key factors. In the other situation, the fire was initially suppressed and subsequently extinguished after a long suppression stage. Surface cooling is the primary fire extinguishing mechanism; the flash point of the fuel is the key factor.     

细水雾抑制熄灭K类火有效性的实验研究

本文通过全尺寸模拟实验研究了细水雾与K类火的相互作用，利用LDV／APV激光多普勒分析仪对细水雾特性进行了测量，分析了细水雾的粒径、速度及雾动量对灭火有效性的影响规律。分别改变喷头类型、工作压力、喷头与火源的垂直距离及喷射角度进行多种工况的灭火实验，结果表明，细水雾的灭火有效性随着压力的增大得到明显提高，喷头的雾化性能直接影响着细水雾的灭火有效性，同时喷射角度及喷射距离也影响着细水雾的灭火有效性。本文为细水雾灭火技术用于厨房环境的火灾防护提供了科学的参考依据和必要的设计参数。     

受限空间脉冲细水雾灭火数值模拟

为研究脉冲细水雾灭火效果和灭火机理,采用FDS软件对连续和脉冲细水雾熄灭受限空间油盘火进行了数值模拟。通过模拟和理论分析确定了脉冲细水雾周期为8 s开启、8 s暂停,并设置了冷却和窒息两种灭火条件,对两种细水雾熄灭不同尺寸的柴油池火进行了研究。结果表明:连续细水雾无法熄灭直径15 cm和20 cm的小尺寸油盘火,对直径25 cm中尺寸油盘火的灭火机理为冷却,对直径为30cm和35 cm大尺寸油盘火的灭火机理为窒息;脉冲细水雾能够熄灭不同尺寸的油盘火,且灭火效率高,火焰熄灭均发生在喷头暂停喷水期间,灭火机理为水雾蒸发稀释氧气而窒息。     

细水雾抑制熄灭室内火灾的有效性模拟实验研究

采用模拟实验的方法，通过改变实验条件，研究室内不同种类固体可燃物，处于不同的位置时，细水雾的灭火有效性。研究发现：当火源位于细水雾的作用范围内时，灭火时间较短，灭火性能较高；当火源位于细水雾的防护区域之外时，灭火有效性显著降低。增加细水雾的流量可以减少灭火时间。但是对一定功率的火源，存在临界流量，超过了临界流量，再增加细水雾的流量，并不能有效减少灭火时间，因此设计细水雾灭火系统时，应当优化上述影响因素，达到最佳的灭火性能。     

喷头间距对城市隧道细水雾灭火的影响研究

为合理设置城市交通隧道细水雾自动灭火系统喷头间距，在实体隧道中进行了4种不同喷头间距的细水雾灭火实验，利用FDS软件模拟了8种喷头间距下细水雾对火灾温度、烟气密度的影响情况。研究结果表明:实验数据与模拟数据基本吻合；细水雾对隧道火灾抑制效果明显；喷头间距对火灾影响规律可划分为2个区域，对于Ⅰ区（间距<2.5 m），单位体积细水雾质量是影响细水雾灭火的最主要因素，对于Ⅱ区（间距≥2.5 m），细水雾灭火效果受单位体积细水雾质量、动量综合影响，并分别给出了温度、烟气密度与喷头间距的函数关系式；就宽6 m、高5 m的城市隧道而言，细水雾喷头间距宜设置为2.5 m。     

含F-500的低压细水雾抑制B类火灾的实验研究

通过全尺寸实验研究低压细水雾对抑制和熄灭B类火灾的有效性。分别使用圆形和方形油盘,以汽油和柴油为燃料进行低压细水雾灭火实验,并进一步研究含微胶囊F-500添加剂的细水雾灭火效果。结果表明,低压细水雾对抑制和熄灭B类火具有一定的有效性,但容易出现灭大火容易灭小火难的现象,并且对于"角落火"难以扑灭。而添加了微胶囊F-500的低压细水雾,灭火效率较纯水细水雾提高约3～5倍,能有效扑灭死角火,同时提高火场能见度。分别用1%、3%、6%的F-500溶液作为灭火介质,实验表明,不同浓度的F-500溶液具有不同的灭火效果。综合考虑经济性和有效性因素:对于大多数B类火灾场合,F-500溶液的最佳配比为1%;对于危险性大或火灾荷载大的场合,微胶囊F-500水溶液的最佳配比为3%。     

自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响。模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的灭火效果较低。     

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。     

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.