受限空间脉冲细水雾系统关键参数试验与数值模拟研究北大核心CSCD

为了研究脉冲细水雾的关键参数,采用FDS软件对不同周期的脉冲细水雾熄灭受限空间油盘火进行了数值模拟,分析了脉冲周期的优化设置、细水雾的灭火效果和灭火机理。根据模拟结果进行参数设置,建立了脉冲细水雾试验平台,对脉冲细水雾熄灭不同尺寸油盘火进行了试验研究,并与数值模拟结果对比。研究表明:脉冲细水雾的最佳周期应满足喷头开启时间接近雾滴降至燃料表面的时间,暂停时间接近雾滴的生存时间;脉冲细水雾能熄灭不同尺寸火源,其灭火效果优于连续细水雾,雾滴蒸发效率更高,灭火机理为水雾蒸发稀释氧气而窒息灭火。     

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。     

标准受限空间内细水雾熄灭煤油火的实验和数值模拟

在3.0m×3.0m×2.8m标准受限空间内,采用煤油模拟池火,火灾功率设定为195kW,进行了一系列细水雾灭火试验。对灭火时间做了详细记录,并实验研究了灭火时间的重现性及其相关因素。采用M-9000燃烧分析仪对细水雾施加前后火灾烟气(如氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫)的浓度进行了在线测量。其结果表明:细水雾灭火系统熄灭煤油火的时间均在20s以内,灭火时间重现性保持在91.9%以内;施加细水雾后,氧气浓度降低,一氧化碳浓度升高,燃烧更加不完全。采用FDS模拟了细水雾熄灭煤油火,预测的温度场和灭火时间与实验结果吻合较好。     

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。     

密闭受限空间可燃气体爆炸特性数值模拟研究

密闭受限空间中可燃气体的爆炸研究对于石油及天然气工业的安全生产具有重要意义.以RNG湍流模型及EBU-Arrehnius燃烧模型为基础,建立了可燃气体单步化学反应湍流爆炸模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程,从而对二维受限空间中可燃气体爆炸的过程及规律进行了数值模拟,模拟结果与实验数据有着较好的吻合性.所做的工作为受限空间中可燃气体爆炸特性及规律的进一步研究及工业防爆抑爆技术的工艺实施、系统设计和关键参数计算提供了理论依据.     

受限空间开口对细水雾灭火有效性影响实验研究

为了探讨开口的位置与尺寸对受限空间内的细水雾灭火有效性的影响,设计了一个尺寸为1.2 m×1.2 m×1.2 m的特殊受限空间模拟实验台,开展了一系列细水雾灭火对比实验,测量了烟气温度以及灭火时间等实验参数,通过改变实验燃料、火源功率、开口尺寸、开口位置等因素来研究开口对特殊受限空间内细水雾灭火有效性的影响规律。结果表明:在特殊受限空间内,相同条件下,开口位置由下至上,细水雾抑制火灾有效性由低至高;开口尺寸由大至小,细水雾抑制火灾有效性由高至低。当开口尺寸足够小以后,细水雾抑制火灾有效性反而会逐渐增强。     

狭长空间内细水雾射流的数值仿真

综合可压缩流场控制方程、κ-ε湍流模型、粒子动力学模型及简化的雾滴-壁面碰撞模型,建立了狭长空间内细水雾射流的数值仿真模型。基于该模型,采用Fluent流体动力学仿真软件对4种不同粒度的细水雾射流进行了数值仿真。结果表明:粒度较大的细水雾在入射初期速度较快,且保持雾化角的能力更强;细水雾在到达壁面后形成的雾化区形态上保持准稳定,呈现出特征鲜明的雾化主流区、横流区、回流区与涡流区,整个雾化区范围向两侧匀速延伸,粒度越小的雾化区延伸速度越快;狭长空间内垂直于射流方向的气流与细水雾射流产生相互影响,气流在远离喷口的雾化区迎风处速度降低,在靠近喷口的背风处形成涡流,雾化区形态沿气流流向发生扭曲。     

细水雾熄灭障碍物火的实验研究和数值模拟

为了研究细水雾灭火系统在网状和条状障碍物阻隔条件下的灭火效果,采用全尺寸试验研究和数值模拟的方法研究了障碍物的形状,位置,遮挡面积以及细水雾工作压力对灭火效果的影响.实验结果表明:提高压力有助于快速有效地熄灭障碍物火;障碍物的位置是影响灭火效果的重要因素,近距离的覆盖使细水雾难以进入火区.障碍物下出现局部高温区,余火难以扑灭,灭火时间至少需要56 s;而障碍物距离火源较远时,卷吸作用下细水雾仍能均匀的进入火区,发挥冷却作用,灭火时间在18 s以内;网状障碍物的遮挡面积,对灭火效果影响不大;相同遮挡面积条件下,条状障碍物火比较难熄灭.     

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。     

受限空间泄漏孔径对气体扩散影响的模拟研究

室内天然气意外泄漏后极易引起火灾爆炸事故,为避免或减少其事故的发生,得到泄漏后气体扩散规律及爆炸危险浓度分布状况,利用Fluent软件对某12m×7m厂房在不同泄漏孔径下泄漏扩散情况进行了数值模拟.分析风速为1 m/s时,泄漏孔径对甲烷气体扩散的影响,并将燃气管道泄漏速率的模拟结果与理论预测值进行对比分析.结果表明:所建立的数学模型和设置参数是合理的;在不同泄漏孔径下,监测受限空间内5个不同点气体分布状况,得出在风速和壁面的影响下,排气扇附近相对较危险,窗户下方相对较安全.     

受限空间内湍流模型对气体扩散仿真结果的影响

针对受限空间内气体扩散问题,为研究不同湍流模型对气体扩散仿真结果的影响 ,选取FLUENT软件中工程应用较为广泛的湍流模型为研究对象,以相关气体扩散实验为 参考,构建数值仿真模型,在初始和边界条件相同的情况下采用不同的湍流模型对实验 过程进行数值模拟。在对模拟结果定量化分析方面,采用了Hanna等人提出的广泛应用 于重气扩散模型评价的误差分析方法,并结合了chang等人提出的有关模拟效果的统计 误差评判标准,通过计算模拟值与实验值之间的统计误差对比分析了各模型模拟效果。 结果表明,所选的5种Reynolds平均湍流模型模拟结果的统计误差指标均符合有效性评 判标准,模拟值总体上要高于实验值,并且Realizable k-ε模型的模拟效果要优于其 他模型。湍流模型的选用会对受限空间内气体扩散仿真结果产生影响,选择合适的湍流 模型有助于提高数值仿真的精度。     

超细水雾抑制煤燃烧的模拟实验研究

为了研究超细水雾对煤燃烧的抑制效果,基于小尺寸空间抑制燃烧实验平台,研究了超细水雾对煤燃烧的抑制效果,计算在超细水雾作用下实验空间内部氧气、二氧化碳、一氧化碳体积分数的变化情况以及燃烧空间内不同部位的温度变化情况,并且与煤自由燃烧的情况做对比。研究表明超细水雾对煤燃烧的火灾发展过程有很好的抑制作用。研究结论对超细水雾应用于熄灭矿井煤炭火灾具有一定的指导意义     

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%。     

含微胶囊添加剂的低压细水雾厨房灭火实验研究

通过全尺寸实验研究低压细水雾对抑制和熄灭K类火灾的有效性。选用三种喷头进行灭火实验,并选择灭火效果最好的喷头进行含微胶囊F-500添加剂的细水雾灭火实验。结果表明,低压细水雾对抑制和熄灭食用油火灾具有一定的效果,但容易发生复燃。而添加了微胶囊F-500的低压细水雾,灭火效率较纯细水雾提高约3～10倍,且能有效地避免复燃,同时提高了火场的能见度。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,3％浓度的F-500溶液是厨房低压细水雾灭火系统的最佳灭火介质。     

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。     

受限空间内细水雾与火相互作用的实验研究

细水雾灭火系统作为卤代烷系列灭火剂的替代产品之一，以其高效无毒、经济实用的优点，近年来在国际上研究得非常活跃。本文在受限空间内利用先进的材料热释放速率测量仪研究了细水雾与火的相互作用过程，并得到了以下结论：细水雾通过汽化吸热冷却燃料及氧化剂、体积膨胀隔氧以及吸收热辐射降低对燃料的热回馈等效应与火相互作用，达到控制和扑灭火灾的目的，在受限空间内汽化隔氧效应起着重要作用。     

Study on the characteristics of gas explosion affected by induction charged water mist in confined space

To investigate the suppression effect of charged water mist on gas explosion, a small charged water mist generator and a gas explosion simulation device were designed based on the principle of electrostatic induction. Experiments for testing characteristics of the gas explosion in a confined space under different charged polarities, charged voltages and mist fluxes were carried out. Experimental results indicated that, compared with the normal water mist, the explosion peak overpressure and the flame propagation speed could be more effectively reduced by the charged water mist. And this suppression effect could be promoted by increasing the charged voltage. To visualize the effect of the charged water mist's polarity on gas explosion, comparative experiments were conducted. The results showed that the explosion peak overpressure, the overpressure rising rate, and the propagation speed of the flame were reduced by 64.7%, 33.0% and 19.4%, respectively, when a +8 kV charged voltage was applied. In situation where a -8 kV charged voltage was applied, 64.1%, 26.5% and 16.0% reductions were achieved for the explosion peak overpressure, the overpressure rising rate, and the flame propagation speed respectively. Comparison of this data leads to the conclusion that the gas explosion could be more efficiently suppressed by the positively charged water mist.     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m× 3 m × 2.5 m（长×宽×高）小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。