含纳米二氧化硅颗粒三相泡沫性能与作用机理研究

为提升水成膜泡沫(AFFF)的灭火性能,基于AFFF泡沫液和纳米硅颗粒,制得新型三相灭火泡沫。实验研究了三相泡沫发泡性和稳定性的变化规律,分析了泡沫组成和工况参数对泡沫性能的影响规律。通过分子动力学(MD)模拟,研究了泡沫溶液中表面活性剂分子吸附对颗粒表面润湿性的影响,揭示了泡沫中颗粒与表面活性剂间相互作用对泡沫稳定性的影响机理。研究发现：随着颗粒浓度增加,泡沫稳定时间和抗烧时间显著增长,而发泡性变化不大。泡沫中颗粒表面润湿性影响颗粒与表面活性剂间的相互作用,进而影响泡沫稳定性。在亲水颗粒泡沫中,表面活性剂浓度增加能够强化二者间的协同作用,利于泡沫稳定;在疏水颗粒泡沫中,随着表面活性剂浓度增加,二者间由协同作用转变成抵抗作用。研究成果对优化三相灭火泡沫配方和提升泡沫灭火效率有指导意义。     

空心玻璃微珠对泡沫灭火剂发泡能力和热稳定性影响研究

本文研究了空心玻璃微珠添加量及泡沫液浓度对泡沫灭火剂发泡能力和稳定性的影响,对比了热辐射条件下空心玻璃微珠添加前后泡沫的热稳定性.结果表明,添加量低于40%时,空心玻璃微珠对泡沫灭火剂发泡能力影响不大,而泡沫的稳定性显著降低,添加量为50%时,虽泡沫发泡能力降低,但泡沫的稳定性却增强.泡沫的发泡能力随蛋白泡沫浓度升高而增强.蛋白浓度为10%,空心微珠添加量为50%时,由于泡沫内部形成了稳定的三相泡沫骨架结构,泡沫热稳定性较未添加微珠之前显著增强.     

纳米氢氧化铝三相泡沫制备研究*

为更好地解决煤矿采空区煤炭自燃问题,以十二烷基硫酸钠为主体进行发泡剂复配,通过泡沫性能测试实验,研制出高性能发泡剂。以纳米氢氧化铝作为固相颗粒,制备出发泡倍数高、稳定性强的纳米氢氧化铝三相泡沫,使用锥形量热仪研究其高温阻燃能力和消烟性能。实验结果表明:当纳米氢氧化铝的质量分数从0提高到1%时,泡沫体积从500 mL增长至830 mL;当质量分数从3%提高到4%时,泡沫析液半衰期由15 min提升至42 min,且能在完全析液后保留三维网状结构。在高温阻燃和消烟能力方面,纳米氢氧化铝三相泡沫的加入将点燃时间从24 s延长至87 s,持续燃烧时间从835 s缩短至325 s,热释放速率高峰值从97.2 kW/m2降低至49.8 kW/m2,烟气生成速率峰值从0.064 m2/s降低至0.012 m2/s,对CO,CO2释放速率也有一定抑制作用。     

防灭火三相泡沫发泡稳定及流动性能研究

为研究油品火灾三相泡沫的发泡稳定与流动性能的关系,利用Waring-Blender方法对6种固相粉体制备三相泡沫,并分别以发泡高度、25%析液时间及表观粘度为参数,对其发泡稳定及流变性能进行表征,并通过Herschel-Bulkley方程对三相泡沫流变曲线进行拟合。实验结果表明,亲水及"两亲"粉体制备的三相泡沫具有较高的发泡高度及稳定性,疏水粉体制备的三相泡沫的发泡及稳定性能不足;流变测试结果显示三相泡沫属于屈服-假塑性流体且流变本构方程与Herschel-Bulkley方程拟合较好,其中亲水及"两亲"粉体制备的三相泡沫屈服-假塑性流体性质较疏水粉体制备的明显,表观粘度较大,流动性不足。     

空心玻璃微珠三相泡沫抗溶抗烧性能实验研究

研究了空心玻璃微珠添加量、泡沫液浓度和泡沫液性质对三相泡沫在油面的稳定性和抗烧性能影响规律.结果表明,空心玻璃微珠添加量越大,三相泡沫在油面的稳定性越差.泡沫液浓度和性质对三相泡沫在油面的稳定性有一定影响.添加微珠后三相泡沫的抗烧性能降低,与蛋白两相泡沫相比,空心微珠添加量为10mL、30mL和50mL时,ti缩短约26%、38%和42%,泡沫完全烧损时间也缩短约20%、28%和31%.     

黄原胶对无氟泡沫灭火剂性能影响研究

为解决传统水成膜泡沫灭火剂（AFFF）对生态环境的不利影响,以天然表面活性剂无患子皂苷、碳氢表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）和十二烷基磺酸钠（SDS）作为发泡剂,探究黄原胶（XG）对3种表面活性剂复配体系泡沫性能的影响。采用多种方法研究泡沫溶液的表面张力、粘度、发泡性、泡沫稳定性、泡沫灭油火的有效性等性能。结果表明：XG的加入对泡沫溶液的表面张力影响很小,随着XG质量分数的增加,泡沫溶液的发泡性能略有下降,而粘度快速提高。XG质量分数对泡沫稳定性有显著影响。根据《泡沫灭火剂》（GB 15308—2006）0.25 m2油盘火试验,当XG质量分数为0.30%时,极大地提高了泡沫的灭火性能,灭火时间为88 s,相比无XG添加时减少20 s;100%抗烧时间比无XG添加时增加504 s。实验结果为XG在无氟泡沫灭火剂中的潜在应用提供了依据。     

三相泡沫灭火剂油面热稳定性试验

针对复配的三相泡沫灭火剂的黏度和粉体颗粒之间黏着力比较低的问题,构建了较为系统的三相泡沫油面热稳定性试验台架和三相泡沫发生器,着重研究含膨润土作为稳泡剂的三相泡沫灭火剂的热稳定性。膨润土自身对三相泡沫热稳定性的提升效果有限,且形成的粉体壳层并不致密均匀,容易被破坏,但膨润土具有较强的黏结补强作用,添加有膨润土的三相泡沫常温稳定性大大增强,可将其作为稳泡剂进行添加。同时,试验选取7种常见的稳泡剂,讨论了不同稳泡剂对空心玻璃微珠、石墨粉复配三相泡沫体系的发泡性能和油面热稳定性的影响。稳泡剂的加入并非均对泡沫稳定性产生积极影响,加入不合理的稳泡剂反而会影响泡沫的发泡性能和稳定性。     

压缩空气泡沫在长距离管路输送中压降的数值模拟

基于Fluent对压缩空气泡沫在长距离管道中的流动特性进行了数值模拟研究,将压缩空气泡沫近似为弥散流,采用Saplart-Allmaras模型模拟了不同管径下压缩空气泡沫以及不同泡沫原液浓度的AFFF泡沫在长距离管道内的流动及压降变化。模拟结果表明,随着距离变化,各管径管道内压降均呈现线性变化,且随着压缩空气泡沫的流动,压降线性增大。管道管径对管内压降变化具有显著影响,管道直径越小,管道内压降越大;泡沫原液浓度对压降的影响较小,且压缩空气泡沫在长距离输送中的压力随距离线性衰减。将模拟结果与长距离输送的试验结果进行了对比,误差在10%以内。     

煤矿采空区充填用煤矸石泡沫混凝土发泡剂的研究

为防止地表沉陷,煤矿采空区需要充填,目前采用的充填方法为胶结充填、高水速凝充填等.泡沫混凝土具有质轻、流动性好的特点,可作煤矿采空区的充填材料.制备低水泥用量、含粗颗粒煤矸石的泡沫混凝土对发泡剂的泡沫稳定性要求较高,目前市售的发泡剂难以满足要求.在探讨发泡剂发泡、稳泡原理的基础上,研究了稳泡剂(D)的加入量对发泡液黏度、发泡倍率和泡沫稳定性的影响,以D与十二烷基硫酸钠(SDS)复配,研制出了高泡沫稳定性的发泡剂KD-1,该发泡剂的发泡倍率为21.3,开始泌水时间为7 min,90 min后沉降距为38 mm,并且考察了KD-1与混凝土早强剂的相容性.用此发泡剂制备出了最大粒径为5 mm、煤矸石掺量为63％(质量分数)、体积密度分别为800 kg/m3、900 kg/m3和1000 kg/m3的煤矸石泡沫混凝土,其90d单轴抗压强度分别为0.4 MPa、0.63 MPa和1.75 MPa.     

氟碳表面活性剂对空心微珠三相泡沫抗溶抗烧性能影响研究

研究了氟碳表面活性剂添加量、氟碳表面活性剂性质和泡沫液浓度等对空心微珠三相泡沫在油面稳定性的影响,并在模拟燃烧装置上对比了添加氟碳表面活性剂前后三相泡沫的抗烧能力.结果表明,加入氟碳表面活性剂后,三相泡沫在油面的稳定性显著增强,且阴离子氟碳表面活性剂优于阳离子和两性离子表面活性剂.当阴离子氟碳表面活性剂、空心玻璃微珠和蛋白泡沫浓度分别为0.02%、6%和10%时,三相泡沫受热后表面形成黑色致密覆盖层,可有效隔绝热量向内部传递,使抗烧性得到明显提高.     

Improved research-scale foam generator design and performance characterization

The release of a cryogenic, flammable liquid, such as LNG, poses a threat to individuals in the area of the release as well as responders who attempt to limit the damage of the release. The most common mitigation technique is high-expansion foam which can be used to blanket the liquid, reducing the accumulation of flammable vapor above the pool through a number of different mechanisms. Despite the effectiveness of high-expansion foam blanketing, there are many aspects of the interaction between foam and LNG that are unknown. A lab-scale high-expansion foam generator has been developed to allow the study of those interactions. Additionally, the novel foam generator design addresses many of the drawbacks of industrial-scale foam generators and allows researchers better control of the foam, while producing foam at rates that are conducive to lab applications. Foam was produced using the generator and expansion ratio and foam stability were measured to determine the quality. The generator was able to produce foam with expansion ratio between 298 and 892 that collapsed at an average rate of 0.4 cm per minute. This quality of the foam is comparable to industrial-scale foam generators and the foam production rate is between 1.2 and 2.2 m³/min, which fits lab-scale needs. The foam generator can also be used with other types of non-firefighting foam, such as decontamination foam for chemical, biological, or nuclear decontamination.     

Research on the influence of foaming gas in compressed air/nitrogen foam on extinguishing the n-heptane tank fire

Tank fires threaten the lives of people and pollute the environment for their intense radiant heat, rapid fire spread and explosion hazard. Compressed air/nitrogen foam (CAF/CNF), a cleaner fire extinguishing technique used for the tank fire suppression because halogen-based agents were prohibited for environmental reasons. In this work, the influence of foaming gas in CAF/CNF on extinguishing the n-heptane tank fire was firstly investigated. Firstly, it was found that CNF spreads faster with rapid increase in foam thickness, mainly due to its better stability and less evaporation. Secondly, after foam was discharged, there existed a short increase of the combustion intensity, associated with three monotonous regions and two time delays in the whole extinguishing time. The two time delays were caused by Rayleigh–Taylor instability and flame sheet shift, respectively, and the shift distance was larger for CNF. Finally, the influential factors contributing to flame extinction were exhibited to be mainly related to the decrease in liquid burning rate and gas-phase Damkohler number. Among these factors, foam spreading rate and thickness dominated due to coupled chemical and physical extinguishing effects. Resulted from some competitive effects, CNF was slightly more efficient at extinguishing tank fires than CAF.     

Experimental study on advantages of foam–sol in coal dust control

In China, more than 2.65 million coal mine workers are exposed to coal dust. Every year, new pneumoconiosis cases amount to 25,000, among which 6000 cases die of this disease. The figure is twice the death toll in production safety accidents. Occupational diseases seriously endanger life and health of coal mine workers, and restrict the healthy growth of the coal industry.The paper presented a study of foam–sol-based coal dust control. This was an experimental study of characteristics of foam–sol-based coal dust control, which features dust capture, suppression, and isolation. Comparative wettability experiments were carried out to determine contact angles of water, aqueous foam, and foam–sol solution. A new foam–sol generating system with a conical diffuser outlet was proposed.The experiment results clearly showed that the foam–sol features dust capture, suppression, and isolation. The wettability of the aqueous foam solution was better than the foam–sol solution, but the foam–sol technology had the better ability to capture the airborne dust, suppress the static dust and enclose the dust source, due to the excellent surface viscosity, strong cohesiveness and less volatile property. The paper concluded that the foam–sol could greatly improve the dust control efficiency and did not have main deficiencies that the aqueous foam technology had.     

液氮泡沫发生器内流动特性研究

低温液氮与泡沫混合液直接接触产生氮气泡沫是一种新型的掺混形式,利用液氮高汽化比的特点,搭建液氮泡沫可视化实验装置,进行氮气-水两相流及液氮泡沫流动特性的研究。结果表明,液氮相变产生大量氮气,其与泡沫液混合产生泡沫,温度有所回升,最终趋于泡沫混合液温度;管路沿程压降较小;液氮射流破碎及流动过程可分为6个区域:低温液氮区、向上循环翻滚区、滞留区、泡沫与泡沫混合液混合区、致密泡沫区、泡沫混合液区。流体向下游流动过程中持续发泡;为防止管路结冰,需合理控制泡沫混合液与液氮流量。     

水成膜泡沫对变压器油池火的窒息特性研究

水成膜泡沫在油类表面的窒息作用是扑灭油类火灾的重要机理之一,针对自行开发的快速型泡沫灭火剂开展了其对油池火的窒息灭火特性研究。首先通过老化试验测试了泡沫液的热稳定性,然后对比了不同成分泡沫液在25#变压器油表面的铺展特性,之后研究了不同发泡倍率和成分的泡沫液对油池火的窒息灭火效果及影响规律。研究发现,铺展性能不佳的泡沫液会逐渐丧失窒息能力,而铺展性能优异的泡沫液能持续发挥窒息作用。提升泡沫液热稳定性有利于在油面形成稳定的液膜,隔绝氧气并降低可燃分子挥发速率。此外,发泡倍率较低的泡沫液的流动性更强,在相同液体流量条件下低倍数泡沫的窒息灭火效果更优。自研的快速型泡沫灭火剂在热稳定性和铺展性能两方面均具备优良的性能,因此其窒息灭火效率和抗复燃能力优于现有的大部分同类泡沫灭火剂。     

机械泵入式泡沫比例混合装置的研制与典型应用

介绍了消防用泡沫比例混合装置的产品进化史与各代产品的优劣,给出了第五代产品（机械泵入式泡沫比例混合装置）的原理理论分析,参照叶片泵的内部结构和前人的研究,设计了泡沫比例混合装置的核心部件（一种特殊水轮机）。为使水轮机结构最优化,对核心部件的材质进行了合理选择,并使用运动模拟软件分析了水轮机内腔结构,根据分析结果进行了优化设计,设计后试制的泡沫比例混合装置性能完全满足工程需要。最后举例说明了这种泡沫比例混合装置的典型应用。     

抗醇泡沫灭火剂在水溶性有机溶剂表面铺展能力的实验研究

为了研究抗醇泡沫灭火剂在水溶性有机溶剂表面的铺展能力,发明了一种新的实验方法,正交实验了9种配方。得到了粘度、发泡倍数和表面张力对铺展能力的影响数据,通过方差分析验证了数据的可靠性。研究发现抗醇泡沫灭火剂的粘度和发泡倍数可以影响其在醇类表面的铺展能力,但是表面张力对铺展无影响。对于泡沫的铺展存在一个最佳粘度和最差发泡倍数。扩散系数不能表征抗醇泡沫灭火剂在水溶性有机溶剂表面的铺展能力。     

溜井泡沫抑尘剂的研制及其抑尘性能实验研究

矿山溜井卸矿过程中产生的大量冲击性粉尘已成为矿井可呼吸性粉尘的主要来源,为了有效解决溜矿井卸矿时产生的大量冲击性粉尘,基于泡沫抑尘的机理,研究了发泡倍数和半衰期两个指标进行优选实验,通过正交法和单因素法优选出最佳的泡沫抑尘配方为十二烷基硫酸钠、月桂酸钠和聚丙乙酰胺,各成分的质量浓度分别为0.6%、0.8%与0.4%。结果表明,通过模拟溜井卸矿测得不同泡沫高度的抑尘效率在85%~95%之间,呼吸性粉尘的抑尘效率为87%左右,其时效性可达2h以上。     

压缩空气蛋白泡沫抑制液体火的有效性研究

压缩空气泡沫灭火技术是一项新型灭火技术,为验证压缩空气泡沫系统与蛋白泡沫灭火剂结合使用时是否可以成为含PFOS泡沫灭火剂的替代技术,开展了压缩空气蛋白泡沫抑制液体火有效性试验.在对压缩空气蛋白泡沫的泡沫性能进行分析的基础上,进一步采用标准油盘火试验模型对压缩空气蛋白泡沫的灭火性能进行评估,并与吸气式泡沫产生系统进行了对比.试验结果表明压缩空气蛋白泡沫具有优异的泡沫性能,同时具备抑制非水溶性液体火的有效性,可以作为含PFOS泡沫灭火剂的替代技术.     

水泥灰三相泡沫的形成机理与稳定性试验研究

针对高硫矿石容易发生氧化自燃的危险,通常的灌浆、注砂、注惰气和喷洒阻化剂等技术还存在一些不足,提出一种以水泥灰为基料的三相泡沫来预防硫化矿石自燃的新技术。该技术是将水泥灰和水按一定的比例混合,同时加入一定比例的发泡剂和稳泡剂后,经物理机械方式发泡形成,集固、液、气三相材料的防灭火性能与一体。理论分析了水泥灰三相泡沫的形成与衰变机理,并通过正交试验,对三相泡沫的发泡倍数与半衰期进行研究,最后采用单因素实验,定量分析灰水质量比,发泡剂和稳泡剂浓度对三相泡沫稳定性能的影响,得到最佳泡沫配方。结果表明:当灰水质量比为1:5,发泡剂浓度为5g/L,稳泡剂浓度为8g/L时,制得的三相泡沫发泡倍数达到6倍,半衰期达到6h以上。