细水雾资料.docx

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细水雾资料

2细水雾发生系统

2.1细水雾发生系统

2.1.1细水雾

细水雾的定义为：

在喷头最小设计压力下，以距喷头1m处的平面上，测得水雾最粗部位的雾滴直径Dv0.99不超过1000μm。

这是用体积法表示雾滴直径的一种方法，Dv0.99表示小于1000μm的直径体积含量为99%。

2.1.2细水雾分类

图2-1细水雾分类图

按照喷射水雾中水微粒的大小分布，细水雾可分为3类，I类细水雾：

累积百分体积分布曲线全部位于连接Dv0.1=100μm和Dv0.9=200μm连线的左边，代表了最精细的水雾。

Ⅱ类细水雾：

是累积百分容积分布曲线的一部分，位于I类喷雾界限以外，但全部在连接Dv0.1=200μm和Dv0.9=400μm连线的左边。

这类细水雾可以通过压力喷射喷头，双相流喷头及许多冲击式喷头产生，由于有较大水滴出现，Ⅱ类细水雾更容易产生较大的流量。

Ⅲ类细水雾：

Dv0.9大于400μm，或者曲线任何部分超过Ⅱ类分界线的右边（但Dv0.9<1000μm），这种细水雾主要由中压、小孔口喷头、各种冲击式喷头产生的，并且它们可以得到较大流量。

2.1.3细水雾灭火系统分类

（1）按介质分为

单相流系统：

是指采用单管供水至每个喷头的细水雾灭火系统。

双相流系统：

是指水和雾化介质分开来供给并在细水雾喷头上混合的细水雾灭火系统。

（2）按系统工作压力分为

低压系统：

系统管网工作压力小于或等于1.21MPa的细水雾灭火系统。

中压系统：

系统管网工作压力大于1.21MPa，小于或等于3.45MPa的细水雾灭火系统。

高压系统：

系统管网工作压力大于3.45MPa的细水雾灭火系统。

（3）按应用方式分为

局部应用系统：

系统被设计和安装成向保护对象直接喷射细水雾的应用方式。

全空间应用系统：

是指设计和安装成用来保护整个封闭空间里的所有危险的应用方式。

分区应用系统：

系统被设计和安装成用于保护在一个封闭空间的某个预定部分的危险的应用方式。

（4）按动作方式分为

开式系统（雨淋系统）和闭式系统（即湿式系统、干式系统和预作用系统）。

（5）按供水方式分为

泵组式系统：

采用泵组进行供水的细水雾灭火系统。

容器式系统：

采用储水容器、储气容器进行加压供水的细水雾灭火系统。

（6）按保护区多少分为

组合分配系统：

用一套灭火系统保护两个或两个以上保护区或保护对象的细水雾灭火系统。

单元独立系统：

用一套灭火系统保护一个保护区或保护对象的细水雾灭火系统。

2.1.4细水雾灭火系统性能特点

相对于水喷淋灭火系统或常规水喷雾灭火系统

（1）用水量大大降低。

通常而言常规水喷雾用水量是水喷淋的70%-90%，而细水雾灭火系统的用水量通常为常规水喷雾的20%以下;

（2）降低了火灾损失和水渍损失。

对于水喷淋系统，很多情况下由于使用大量水进行火灾扑救造成的水渍损失还要高于火灾损失;

（3）减少了火灾区域热量的传播。

由于细水雾的阻隔热辐射作用，有效控制火灾蔓延;

（4）电气绝缘性能更好，可以有效扑救带电设备火灾;

（5）能够有效扑救低闪点的液体火灾

相对于气体灭火系统

（1）细水雾对人体无害，对环境无影响，适用于有人的场所;

（2）细水雾具有很好的冷却作用，可以有效避免高温造成的结构变形，且灭火后不会复燃;

（3）细水雾系统的水源更容易获取，灭火的可持续能力强;

（4）可以有效降低火灾中的烟气含量及毒性。

（5）管道管径较小、节省管材。

相对于传统的自动喷水灭火系统而言，其重量轻，可减少90%。

同时，安装费用也相应降低[17]。

2.1.5细水雾灭火效果的影响因素及适用场所

细水雾灭火系统的性能主要取决于两个能力：

一个是其产生足够小的水滴的能力，一个是将足够数量的水分布到整个空间的能力。

这两种能力又受液滴大小、速度分布、冲量以及喷头几何特性等因素的影响，同时也受保护对象的几何形状和被保护空间大小等其它客观因素的影响。

细水雾不适合于用水不能扑救的物质如过氧化钾、过氧化钠、过氧化钡、过氧化镁等过氧化物，因为这些物质遇水将发生剧烈分解反应，放出反应热，并生成氧气，这容易与某些有机物、易燃物、轻金属等因为反应速度过快而发生爆炸；细水雾也不适合于扑救遇水燃烧物质如金属钾、钠，碳化钙、碳化铝、碳化钠、碳化钾。

2.2细水雾喷头

2.2.1喷头的分类

不同的喷嘴结构其雾化性能可能有很大差别，有些型式的喷嘴无论如何调整参数都无法达到要求的雾化性能。

选择一种型式的喷嘴，不仅仅要考虑其可能达到的雾化性能，还要考察其结构、加工难度和适用范围等。

广泛应用于生产和生活中的液体雾化方法中，具有代表性的有以下几类[18][19][20]

（1）压力式

将压力转化为流体动能以形成高速运动的液柱射流或液膜射流，与周围低速的气体介质相遇，液柱或液膜在破碎力与反破碎力的作用下破碎，最后完成雾化。

主要包括直流喷头、单式离心喷头等。

直流喷头

直流喷头在压差作用下，喷淋液经喷嘴喷出，在流体动力和表面张力的作用下雾化。

直流喷头的喷嘴口径一般为2～4mm，直径过小易堵塞，过大雾化效果太差。

其喷射锥角一般在5°～15°之间。

液滴主要分布在喷嘴轴线附近很窄的范围内。

单式离心喷头

离心式喷头典型的有两种。

一种是具有切向进口的离心式喷头，液体经过喷头壳体上的切向孔进入离心室，然后由孔口喷出。

一种是具有涡旋器的离心喷头，液体进入螺旋槽，一边旋转一边向下作螺旋线运动，离开喷嘴后，液体微团不再受到内壁的约束，因而沿着轴线和切向运动，形成一个锥形薄膜，即所谓喷射锥。

喷射锥角一般为60°～120°。

（2）气动式

气动式又称介质式，利用空气或蒸汽作雾化介质，将喷出的液体雾化。

一般是双流体喷雾型，有高压和低压两种类型。

工作原理是借助于流动气体的动能将液柱或液膜吹散，破碎成液滴。

（3）旋转式

旋转式又称转杯式，将液体注入一个高速旋转的杯或圆板表面上，借助于转杯高速旋转产生的离心力作用将液体均匀地甩出去，液膜破碎，完成雾化过程。

它最主要的优点就是价格低廉而且结构简单。

（4）对冲式

利用两股高速液体射流互相冲击，或一股高速射流与金属板冲击进行雾化。

（5）振动式

借助于声波、超声波等作用，使液体振动而失稳，进行分裂雾化、破碎成小液滴的喷嘴型式统称为振动雾化喷嘴。

有低频机械振动雾化喷嘴、超声振动雾化喷嘴等。

由于装置比较复杂，所以一般只在实验室和地面工业中使用。

（6）气泡雾化式

气泡雾化喷头采用的方法是在喷头的出口前设置一气流管道，管的头部有一定数量的小孔。

气体在很低的压力下以很低的速度进入液体场，气液压差仅使液体不回流入气管，液体流经喷口时被气泡挤压成薄膜或小碎片，小气泡从喷口出来后爆裂，这种爆裂相当于给液膜增加了扰动，促使液膜破碎成更小的液滴。

（7）静电雾化式

将液体加以高压静电，使液滴处于电场中带有电荷，电荷之间的斥力使得液膜表面积扩大，而液体的表面张力又趋于使表面积缩小，当电荷间斥力大于表面张力时，液膜破碎成小液滴。

静电雾化喷头雾化效果非常好，但是流量特别小，只适合于喷涂、印刷。

（8）按照雾化方式分类

喷头按照雾化方式又可以分为撞击式水雾喷头和离心式水雾喷头。

撞击式水雾喷头是通过喷嘴的直流水柱喷射到溅水盘上，靠机械力分解成很小的水珠而形成水雾。

离心式水雾喷头以多股高速旋转的水流和直射水流在通过小口径喷射时，相互撞击、打碎。

这些极不稳定的细水流不用溅水盘也能分解成小水珠，再从喷嘴喷射而出，形成喷雾。

离心式水雾喷头还可以分为单级离心式和双级离心式。

2.2.2喷头的选择原则

2.2.2.1撞击式和离心式的工作压力的比较

与普通观念不同，不是所有的水雾喷头都靠高压成雾，一般的水雾喷头通常在0.35MPa的工作压力下就能得到满意的雾化效果。

在实际应用中，水雾喷头处于室外，其工作压力的确定与喷头的防风性有关。

防风性差时，可适当提高起动工作压力。

由于水雾喷头型号规格的不同，其防风性能也有差异。

一般来说，离心式好于撞击式；双级离心式好于单级离心式；流量大的好于流量小的；喷雾角小的好于喷雾角大的。

2.2.2.2撞击式和离心式的有效射程的比较

水雾喷头的有效射程一般取决于两个方面：

（1）雾滴的初速度。

初速度越大，有效射程就大。

（2）水雾雾滴直径的大小。

雾滴直径的大小直接关系到雾滴的穿透能力的大小。

雾滴直径大穿透能力强，相对有效射程也就大些。

从这两个决定因素看，离心式水雾喷头的有效射程大于撞击式水雾喷头。

在实际应用中，水雾喷头保护距离的确定，不单看有效射程，与其喷雾角也有一定的联系。

考虑到灭火效果和经济性，喷雾角小的，保护距离可取大一些；反之，取小一些。

2.2.2.3撞击式和离心式的安装方式的比较

相对而言，离心式水雾喷头的安装形式比较灵活。

喷头安装形式可根据灭火要求任意布置。

原则是针对保护对象，能有效覆盖被保护面。

普通撞击式水雾喷头都是按下垂方式安装的，其布置原则与标准型喷头差不多。

2.2.2.4撞击式和离心式的适用对象的比较

由于两种形式的水雾喷头在成雾原理上的不同，也势必造成在灭火功能方面的差异。

撞击式水雾喷头雾滴较细，雾滴直径一般在0.2～0.4mm。

由于雾滴经溅水盘布水后洒落，其大部分水雾的喷射初速度不快，在空气中有明显的漂移，冷却作用较为显著。

撞击式水雾喷头大都用来保护闪点66℃以下的易燃液体、气体和固体危险区。

离心式水雾喷头喷射的雾滴较大，一般在0.2-0.3mm左右，雾滴的初速度也更快，水雾对火焰的穿透能力较撞击式水雾喷头强。

离心式水雾喷头喷射的雾状水滴是不连续的、间断水滴，因而具有良好的高压绝缘性能。

离心式水雾喷头的特点是：

对油类火灾效果良好，对电气火灾能带电灭火。

火灾扑灭后，复燃的可能性极小。

离心式水雾喷头通常用来保护闪点66℃以上易燃液体和电气设备。

被广泛用于变压器、发电机组、感应器、油浸开关、油槽等的保护[21]。

2.2.2.5喷头类型的选择

离心式喷头对工作压力要求比较低，抗干扰能力优于撞击式喷头，有效射程大于撞击式喷头，采用下垂式安装，安装方便，更适用于灭油池火，且离心式喷头结构简单、体积小、生产成本低，故本选用离心式喷头作为实验喷头，考虑到增加雾化效果，故在喷头中加入旋芯来增加涡流，使雾场更均匀。

2.3细水雾灭火系统的组成

2.3.1管网

（1）配水管

安装喷头的管道称配水管管道。

（2）干管

干管配水管可采用环状管道或树状。

（3）供水管

供应干管用水的管道称供水管，管道应采用防腐蚀的管材，例如采用不锈钢管等。

（4）控制阀

控制阀应设在与供水管连接处的干管上，并且便于人员接近、平常易于检查、不冻结的地方。

在水灭火系统中，能起控制供水、启动报警器的专用阀门装置，习惯上称作报警控制阀。

每一喷水灭火系统至少应配备一套报警控制阀，一般由标准闸阀和专用报警阀并联而成。

2.3.2过滤器

为防止喷雾头被杂质堵塞，在水源进入水泵之前或水泵的出水口应设过滤，应根据水源的水质情况，选用过滤网合适的目数。

在过滤器处应设有检查、更换、排除杂质的设施。

2.3.3报警控制装置

报警控制装置在灭火系统中起着监测、控制、报警的作用，并能以光、电等信号显示，主要由监测器、报警器等组成。

（1）监测器

包括水流指示器、阀门限位器、压力监测器和水位监视器等，能分别对管网内的水流、阀门的开启状态和消防水池、水箱的水位等进行监测，并能以电信号方式向报警控制器传送状态信息。

（2）报警器

一种靠压力水驱动的撞击式警铃，当报警控制阀开启时压力水就进入水力警铃的涡轮腔，推动涡轮锤打响警铃，实现在报警控制阀开启时的报警指示。

每个喷水灭火系统必须安装一套水力警铃。

2.3.4配件及辅件

为了确保细水雾灭火系统的完整性及施工安装、使用维修的需要，必须配置一些部件和专用工具，它们包括电磁阀、手动启动器、管件、快开装置等。

（1）电磁阀一般用作为系统自动控制的执行元件。

（2）手动启动器凡采用自动开启的报警阀装置，必须加设手动启动器，以防自动控制失灵。

手动启动器的安装处，应有醒目的标记和操作指示。

细水雾灭火系统的设计参数，目前为止还是以经验值居多，现阶段还不能有全理论的设计参数，其原因是多方面的。

一是实际工程中还没有很确切的火灾载荷计算方法，二是喷头喷水的冷却效果和测定方法难以确定，三是实际工程中可燃物的燃烧速度较难确定，四是喷嘴在实际火灾现场的吸热时间计算有难度等等。

细水雾灭火系统的设计主要是保证足够多的水及时到达着火部位，并均匀布水，使水起到冷却降温，达到灭火的目的[22]。

2.4本章小结

通过对细水雾、细水雾喷嘴、细水雾发生系统的组成的分析研究，可以得出以下结论：

（1）通过对细水雾灭火系统和灭火环境的分析，针对熄灭油池火的需要，确定了选用中低压细水雾发生系统，以降低对设备的要求，节约成本。

（2）根据喷头的选择原则，选用离心式加旋芯喷嘴作为细水雾发生器，以满足在较低的灭火压力下产生较好的雾场。

（3）细水雾灭火技术越来越多地被运用和开发，细水雾灭火技术的研究包括细水雾的系统组成、系统设计优化、系统内各部件的优化、喷嘴的优化，这些对提高细水雾灭火效果都将有很大的意义。

（4）细水雾喷嘴是细水雾灭火系统的关键部件，对细水雾喷嘴的研究及优化，是细水雾灭火系统研究的重要组成部分，对细水雾系统的优化，有重要的意义，对细水雾喷嘴的优化研究，需要研究水雾的生成机理。

3细水雾抑制油池火的实验研究和数值模拟

3.1实验平台

本实验是在2.5m×2.5m×3m的受限空间内进行。

实验装置如图3-1所示。

受限空间的框架属于钢结构，为了便于观察，受限空间的四个面装上玻璃，为了减少实验对受限空间的损害，玻璃采用钢化玻璃。

烟道全部是由钢制成，直接与受限空间相连。

它由集烟罩和烟囱两个部分组成。

集烟罩是锥形的，它用来收集在实验过程中生成的所有燃烧产物。

在它的侧面打一个孔，可以放置烟气传感器探头，用来采集烟气成分，顶部安装抽出式风机。

图3-1实验系统图

3.2数据采集系统

数据采集系统由烟气成分采集系统和温度变化采集系统组成。

烟气成分采集系统包括M-9000型燃烧分析仪、计算机和数据接收软件；温度变化采集系统包括USB温度采集仪和热电偶。

火焰温度分布情况采用热电偶来测定。

将5根热电偶固定到热电偶树上，在距离油盘的上表面中心0.05m处布置一个热电偶，并沿着表面中心线向上每隔0.10m布置一个热电偶，各个热电偶依次编为1、2、3、4、5号。

这些热电偶主要是用来观察细水雾施加前后火焰温度分布及其变化情况，对不同实验条件下细水雾的灭火效果进行比较。

热电偶接在USB温度采集仪上，温度采集仪每隔1秒采集一次数据，通过数据线连接到计算机，自动记录温度。

气体成分及浓度测定采用M-9000型燃烧分析仪，它是一种小型便携、快速分析、测量烟气成份的新型分析仪器，可同时测量排烟温度、烟气中的氧（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、微压（⊿P）等参数，计算二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）、空气过剩系数（α）、α＝１时的一氧化碳值（CO′）、燃烧效率（η），并具有计算机通讯口（RS232）,可实现与计算机的通讯联网。

LS-2000系列分体式激光雾化液滴粒度分析仪是在颗粒测量技术研究及激光颗粒仪研制的基础上研制的一种新型激光雾化液滴粒度分析仪。

它是基于激光颗粒前向散射原理。

当一束激光束照射到被测液滴时，受液滴的散射作用，激光会向四面八方散射，其中大部分散射光能量处于前向方向。

根据光散射理论及反演算法对测得的散射光能分布数据进行处理，就可以得到被测液滴的粒度分布。

3.3实验过程

燃料试样选用煤油。

燃料用直径为0.30m、深度为0.025m的油盘盛装，每次所用的燃料试样均为750ml，油盘位于喷头正下方。

细水雾喷头距液体面高2.8m垂直向下。

铠装热电偶沿试样中心线布置，间距均为10cm，用收集法测量了细水雾的耗水量2.894L/min（在压力为1.8MPa时），实验时环境温度10℃。

在做实验之前，首先依次检查电路、管路的连接状况和实验设备的工况，以确保仪器正常运转；向油池倒入少量酒精，然后点燃油池火，经过大约50s的预燃时间，油池火达到稳定燃烧阶段后，热电偶温度达到700℃开始释放细水雾。

火焰熄灭后，关闭阀门，打开排烟通道。

等待25min左右，即受限空间内空气恢复原始工况后，再开始第二次实验，这期间整理相关实验记录，做好存储以便分析。

在实验后重新点燃了燃烧池中的剩余燃料，以便确认池火确实是被细水雾抑制熄灭的，而不是燃料烧完而致使火熄灭的。

实验时，通过改变产生细水雾的压力和喷头型号，研究细水雾抑制熄灭煤油池火的结果。

重复上述实验步骤，最后对采集的实验数据进行处理，做出曲线图，对实验结果进行分析。

灭火时间是实验中十分关键的一个参数。

因为灭火时间的长短直接反映了细水雾灭火效率以及其有效性，同时间接地反映着细水雾与火焰相互作用的机理。

在本实验中是通过秒表纪录不同工况下细水雾的灭火时间，也可用序列摄像照片来进行验证，以得到不同工况条件对灭火效率的影响。

同时，分析热电偶的温度变化曲线，根据细水雾施加的位置、火焰熄灭瞬间的位置，即由其横坐标值，即可确定火焰熄灭时间。

实验步骤

（1）在房顶中心所处的垂线位置固定细水雾喷头，并确保喷头与油盆之间的距离Lp可调（由于实验室喷头位置固定，可以用垫高油盆的方法来解决）。

油盆放在房间的地面上，以喷头位置为基点，油盆相对喷头的坐标可用喷头高度Lp和径向距离R表示。

（2）实验采用煤油作为燃烧物质。

燃烧模型由圆形油盆内放入煤油构成。

油盆材料为钢板，直径为300mm，壁厚为2.0～3.0mm，深度不小于200mm，油层厚度约为30mm。

（3）在油盆正上方距离地面150mm高度处，布置了1号热电偶，然后沿竖直方向以150mm为间隔，连续布置了3个热电偶（从下到上分别是热电偶2至热电偶4）。

这些热电偶间距可调（可根据需要增加或减少热电偶的数量），固定在一个可移动的支架上。

当改变油盆位置时，该支架随之移动，以确保这4个热电偶始终处于油盆正上方。

（4）在每次实验中，首先启动温度采集系统，接着将油盆点燃，当距离油盆150mm的1号热电偶温度读数到500℃时，释放细水雾进行灭火。

实验在扑灭火焰后继续喷雾10s来降温、降尘，然后停止喷雾并排烟、通风。

如果细水雾喷雾时间超过60s仍然无法扑灭火焰，结束喷雾，打开门窗和排烟风机通风，人工扑灭残余火焰。

3.4结果分析

细水雾的释放能明显改变火羽流的流动，同时影响火焰结构。

在大量的灭火实验后，通过观察和实验数据，可以将细水雾的灭火过程分为3个阶段：

初始不稳定阶段，突然的冷却阶段，逐渐冷却阶段。

如图3-2所示

在初始不稳定阶段，细水雾刚刚喷出，进入火羽流的上部冷却羽流，所以高处的热电偶测得的温度有明显的下降，其他热电偶温度没有太大影响，此时火焰蒸发掉大多数的水雾，少量的粒径大的水雾可以穿过进入火羽流中心。

火羽流在细水雾的作用下剧烈晃动，甚至会拉伸火焰，这个阶段一般维持在3-6秒，细水雾流量或雾通量越大，压力越大，一般这个阶段就比较短。

之后细水雾的持续喷射将火焰高度压低。

若细水雾压力低，流量小而灭火失败，这个时期就比较长。

在突然冷却阶段，火焰高度，温度，大幅度降低。

这是由于细水雾大量进入火焰中心，甚至能落入油面，降低油温，使油的热解速度降低，燃料不足，火焰难以维持，同时蒸发细水雾变成水蒸气稀释了火焰周围的空气，可燃气体与氧气浓度降低，细水雾覆盖了整个火焰，火焰周围的温度也大幅度降低，这些都有利于灭火。

火焰通常在7~20秒内熄灭。

在逐渐冷却阶段，受限空间内的温度逐渐回落，恢复到初始温度。

图3-2火焰上方温度变化