受限空间脉冲细水雾系统关键参数试验与数值模拟研究

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

细水雾条件下小室火灾热烟气降温数值模拟

应用CFD软件FDS对小室火灾过程中细水雾与火灾烟气相互作用进行模拟,研究了火源距离喷头轴向分别为1.0 m、2.0 m和3.0 m,细水雾粒径分别为50 μm、100 μm和200 μm,通风风速分别为1.0 m·s-1、2.0 m·s-1、3.0 m·s-1和4.0 m·s-1条件下热烟气的降温效果.结果表明,火源位于喷头正下方时,烟气温度由1 000 ℃降至50 ℃需要15 s,降温速率大于火源偏离喷头正下方情况.细水雾粒径为50 μm与200 μm相比较,50 μm时烟气降温效果较好,由140 ℃降至50 ℃需要20 s,而粒径为200 μm时需要40 s.不同风速对烟气降温效果与火源位置有一定相关性,火源位于喷头正下方时,风速由1.0 m·s-1增加到4.0 m·s-1烟气温度峰值逐渐减小,降温速率逐渐增大;火源偏离喷头正下方时,烟气温度峰值变化相反,降温速率没有明显变化.     

细水雾在城市地下综合管廊内灭火特性的数值模拟研究

近年来,综合管廊逐渐成为城市建设热点,选择合理的灭火系统有利于保障消防安全,但相应的规范中未明确具体的设置参数。因此以某城市综合管廊为研究对象,采用FDS数值模拟软件,研究了管廊通风、雾滴粒径、喷雾流量等因素对细水雾灭火特性的影响,研究结果表明:将细水雾灭火系统与通风系统联动关闭通风可以提升细水雾的灭火效果;在此研究条件下,平均粒径为300μm、喷雾流量为13 L/min的细水雾灭火效果较优。     

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。     

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。     

大气压力对细水雾灭火系统泵组流量特性及效率的影响

柱塞泵是泵组式细水雾灭火系统的关键部件,它是细水雾喷头实施喷雾的供水源和压力驱动源.为研究大气压力,特别是高海拔低气压环境对柱塞泵流量特性及效率的影响,通过在合肥及拉萨两地的对比试验,给出了环境压力与柱塞泵流量特性及效率的关系.结果表明,大气压力减小使柱塞泵的流量减小,因此,在高原低气压环境下使用柱塞泵,应采用增加柱塞泵进口压力的措施,以保证泵组式细水雾灭火系统的设计性能;不同大气压力下泵组的效率无明显变化,即大气压力对泵组的效率无明显影响.     

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。     

超细水雾抑制受限空间煤燃烧的试验研究

为了将超细水雾技术应用于抑制井下采空区遗煤自燃,通过搭建超细水雾抑制受限空闻煤燃烧的小尺寸试验台,研究了超细水雾抑制受限空间煤燃烧的有效性及影响因素.研究表明.施加超细水雾后,煤的热释放速率下降速度和受限空间O_2体积分数的下降速度增大,CO_2的生成量逐渐减少.而CO的生成量在短时间内急剧增大后又减少.最终趋于稳定.这说明超细水雾可以有效降低煤的热释放速率和组分生成速率.超细水雾抑制煤燃烧的效果依赖于其雾通量、开始施加时刻和施加时间等因素.雾通址充足时,在煤燃烧初期施加超细水雾,熄灭煤火焰的效果较好,待煤充分燃烧时,再施加超细水雾,熄灭煤火焰的时间延长;雾通量不足时,超细水雾无法抑制煤的燃烧.对充分燃烧的煤施加超细水雾的时间越长,熄火煤火焰的效果越好.     

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。