雙相流細水霧熄滅受限空間木垛火的實驗研究

胡林宏 趙俊青 陳健

摘要：本文研究受限空間內，雙相流細水霧在氣體壓力為1.3MPa，水的壓力為0.9MPa的工況下對木垛火滅火的試驗研究;分析了霧通量分布對滅火效果的影響，采用熱電偶對火焰周圍溫度進行采集，最后使用煙塵（氣）測試儀對產生煙氣進行分析。結果表明：該工況下細水霧霧場是均勻的，在細水霧作用下，火場溫度、煙氣刺激性等狀況被明顯改善;實際應用中采用氮氣驅動具有好的安全性。

關鍵詞：雙相流細水霧;霧通量;木垛火

雙相流細水霧技術是以氣、液兩相流體為介質，在噴頭處混合、碎裂的一種新型細水霧霧化方法。目前，國內外學者進行大量相關試驗研究，張曉晶采用流體軟件對雙相流細水霧霧化過程和滅火效果進行了數值模擬研究，結果表明細水霧滅火效果較好;Grant G，Jones A等人對細水霧滅火進行了廣泛的研究，研究表明細水霧可以撲滅不同類型的火災。由此可見，國內外學者對于細水霧研究主要以滅火性能研究為主，但是對其對熱輻射阻隔作用研究較少。

鑒于此，筆者研究了雙相流細水霧對油火的熱反饋阻隔作用，為細水霧滅火機理在實際應用中提供理論參考。

一、試驗裝置

實驗采用細水霧綜合實驗裝置，在5m×5m×3m的受限空間內，設置直徑300mm的油盤，熱電偶沿油盤的正中心布置，沿油盤表面中心線每隔20cm布置一個熱電偶，共布置6個，用于測量火焰的溫度，自下而上編號依次為1～7，編號為1的熱電偶貼近油盤表面。熱量傳感器設置在距離油盤0.5m-1.0m處。

二、細水霧滅火試驗

（一）細水霧熄滅木垛火試驗

火源采用3.5cm×2.5cm×25cm的紅松木條，擺放6層，每層3根，共18根，使用40ml航煤引燃木垛。細水霧裝置的氣體壓力為1.3MPa，水的壓力為0.9MPa。熱電偶采集的溫度變化曲線如圖1。由圖1可知，木垛火位于噴頭的正下方，從噴頭噴出的錐形水霧如同一個水罩，扣在了火焰上方，這樣火焰產生的熱輻射在向外時遇到細水霧而被吸收，同時也能夠降低火焰周圍的氧氣濃度，由于水滴在火焰區蒸發，水霧的平均滴徑越小，蒸發量越大，蒸發過程中吸收大量的熱量，使火焰溫度下降。并且霧滴的蒸發會使火焰區域的氧濃度降低，抑制了木垛的燃燒，一些較大滴的霧滴會穿過火焰滴落在木垛的表面，因為木材燃燒表面溫度高液滴會繼續蒸發，這樣會降低木垛的表面溫度，也會有助于滅火。

同時，從圖1細水霧滅火木垛火試驗中發現，試驗中出現了陰燃的現象，滅木垛表面明火的效率較低，會復燃。

（二） 火源偏移30cm滅火試驗

噴頭噴孔與中心軸線夾角為30°，將木垛擺放在噴頭噴孔軸向位置，即水平移動30cm，系統水壓為0.9MPa，氣體為氮氣，水壓力1.3MPa，使用40ml航煤引燃木垛，溫度變化曲線如圖2。

在木垛火燃燒100s后，細水霧噴頭開始工作。在細水霧霧通量和氮氣雙重作用下，木垛火焰出現紊流狀態，在過了20s后，火焰被壓制。在160s滅火結束后，火場溫度降低到室溫，火焰產生的黑煙大部分被水霧清掃掉。由于噴頭正下方沒有噴孔，噴孔均位于與軸線30°的噴頭四周位置，所以霧通量在30°軸線上是最大的，而噴頭下方霧通量較小，從實驗結果可知在最大霧通量處滅火效果好于噴頭下方的滅火效果。

這是因為，在噴頭下方霧通量小，細水霧主要以窒息滅火為主，而在噴孔軸向位置霧通量最大，此時細水霧以火焰拉伸和冷卻滅火為主。

（三）火場氣體濃度分析

使用全自動煙塵（氣）測試儀WJ-60B采集了距離地面140cm、160cm、180cm3個高度上的氣體含量。如表1所示。

由表中的數據可以得出，在細水霧系統工作時，在距離地面高度1.4m、1.6m、1.8m處的氧氣濃度并未出現明顯變化，經過時間的推移，氧氣的濃度有微小的下降，說明從噴頭中噴出的氮氣量并不是很大，而且距離噴頭越近，氧氣的含量越低，氮氣的濃度越高。雖然環境中的氧氣含量在噴頭工作時受到影響而略微下降，但下降的數值很小，理論上不會對人體的健康狀況造成不利影響。所以可以得出，在使用氮氣的情況下，整個系統對人體是安全的。

三、結語

（一） 細水霧對木垛火具有較好的控火作用。

（二）細水霧滅火效果主要由霧通量大小決定，霧通量高的位置滅火效果好。

（三）雙相流細水霧中氮氣不會降低空氣中氧氣濃度，對人的影響作用可以忽略。

參考文獻：

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