細水霧滅火系統霧場特性測試方法研究

(中國民用航空飛行學院 四川 廣漢 618307)

細水霧滅火系統霧場特性測試方法研究

鳳四海陸林

(中國民用航空飛行學院四川廣漢618307)

細水霧以其綠色環保、滅火快、耗水少等優點成為哈龍滅火劑的合適替代品。本文總結了常見的細水霧霧場特性的測試方法，主要包括霧滴粒徑及霧動量、霧化錐角、霧場強度，給細水霧研究者們提供了相關參考及建議。

細水霧；霧滴粒徑；霧動量；霧化錐角；霧場強度

一、前言

由于哈龍滅火劑嚴重破壞地球上空25～40km處的臭氧層，長久以往會威脅人類生存，因此綠色環保的哈龍替代品成為世界范圍內的新熱點，如水噴淋、惰性氣體及泡沫等技術的開發研究，細水霧以其無環境污染、滅火迅速、耗水量少、水漬污染少等特點，成為較為合適的哈龍替代品。細水霧滅火技術是利用某些特定方法將水流分解成細小霧滴進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火技術，霧化方法主要有撞擊、氣動、高壓、離心及超聲波等。對于防治高技術領域和重大工業危險源的特殊火災、諸如計算機房火災、航空航天器艙內火災及電器火災等，細水霧已經得到充分利用。

細水霧的滅火機理與其他滅火技術有著較大區別。以水為基礎的滅火系統隨水滴的體積平均直徑Dv的下降,它的滅火起主導作用的機理和技術也完全不同，水噴淋滅火系統的滅火機理主要是通過直接冷卻效應來達到撲滅火災。細水霧除了表面冷卻之外，還包汽化吸熱、隔絕氧氣、降低熱輻射等滅火機理。已有研究表明，細水霧的滅火效果與其霧場特征有重要關系，其霧場特征參數主要包括霧滴粒徑分布、霧動量、霧化錐角及霧場強度。本文主要研究了細水霧滅火系統四個霧場特性參數的測試方法。霧場強度也叫霧通量，決定了細水霧能夠吸收的熱量以及氣化的多少；霧化錐角決定了細水霧液滴的空間分散范圍；霧動量：細水霧液滴的動量大小決定了其運動距離以及對火焰的穿透能力；粒徑分布通常用Dvf表示，細水霧滴徑的空間分布在很大程度上決定了其吸收熱量并氣化的能力。

二、霧滴粒徑分布及霧動量測試方法

(一)陰影法。采用通過激光系統和勻光器獲得亮度均勻的視場，利用長焦距顯微鏡和相機獲取焦平面處霧滴的圖像，進而經過圖像分析獲得霧滴的粒徑；同時，相機具有連續拍攝功能，通過兩幅連續圖像中霧滴的位移除去兩幅圖像拍攝間隔的時間，就可以獲得霧滴的速度。

(二)LDV、APV法。如圖1所示，APV/LDV光源為1W氬離子激光器，通過光分束分色器將光束分為3對平行的發射光。要實現三維速度測量，必須保證這3對發射光束的焦點能匯聚一點，形成一個橢圓的測量體。粒子通過該測量體時產生散射光，經接收器傳送并進行光電信號轉換，自動分析后實現三維速度和粒徑的實時測量。

圖1 LDV/APV法示意圖

(三)PIV/PDA法。基本原理是在流場中撒布合適的示蹤粒子，該示蹤粒子均勻分布且跟隨性、反光性良好、比重與流體相當。將激光器產生的光束經透鏡散射后形成厚度約1mm的片光源入射到流場待測區域。CCD攝像機以垂直片光源的方向對準該區域。利用示蹤粒子對光的散射作用，記錄下兩次脈沖激光曝光時粒子的圖像，形成兩幅PTV底片。

PDA(phase Doppler anemometry)PIV(particle image Velocimetry)技術的特點是超出了單點測速技術(如LDV)的局限性，能在同一瞬態記錄下大量空間點上的速度分布信息，并可提供豐富的流場空間結構以及流動特性。

(四)采樣法。采樣盤為直徑75mm的培養皿，內裝硅油，由于硅油不溶于水，密度略小于水，霧滴能長時間懸浮其中并保持球形。采樣板為矩形有機玻璃板，中間有細長開口，其作用類似于照相機的快門，控制進入采樣盤的霧滴數量。只要采樣板移動速度合適，就能采集到足夠的霧滴，且不使霧滴相互合并，霧滴穩定后即可用常規手段測量霧滴粒徑，如圖2。

圖2 采樣法示意圖

三、霧場強度測試方法

美國防火協會(National Fire Protection Association)發布的細水霧防火系統國家標準NFPA750中采用的是量杯收集法.將量杯按照一定方位布置,在一段時間內收集細水霧,將收集的水量除以持續時間就可以計算出這段時間內的平均霧通量分布。

四、霧化錐角測試方法

(一)圖像處理法。細水霧噴霧穩定時，采用圖像攝取裝置獲取噴頭穩定噴霧圖片，為方便處理，往往將圖片處理成黑白照片，將圖片打印，沿噴霧外邊緣線作延長線，所測得延長線的夾角即為霧化錐角。

(二)濕紙法。將細水霧噴頭放置于地面上，使其水平噴射，在噴頭下方墊一張報紙，噴頭噴霧會打濕報紙形成扇形潮濕區域，噴霧穩定后，測量扇形夾角即為霧化錐角。

五、結論

本文總結了一些常見的細水霧霧場特性的測試方法，希望給后來的研究者們提供參考、啟發。細水霧滅火系統的發展越來越快，對其霧場特性的研究方法也越來越多樣，高精密度的儀器及創意十足的想法成為研究細水霧必不可少的條件。希望未來綠色環保的滅火系統會愈趨完善，人類生命財產、社會財富得到有效保障。

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項目資助來源：研究生創新項目《細水霧噴頭流量特性系數對其噴霧特性的影響》，項目編號X2015-48