組合式噴嘴旋芯結構滅火行為研究

摘要：本文為細水霧噴嘴內部結構對滅火行為的實驗研究。通過分析不同噴孔角度、流道條數、流道深度對單噴嘴冷態實驗下距離噴頭1m處的粒徑分布和油盤處軸向速度的影響，利用濟南微納粒度分析儀（圖2）測得的霧滴粒徑和數字風速風量計AS856（圖4）測得的軸向速度優選出一個組合噴嘴，在10MPa的壓力下改變油盤位置，并記錄滅火時間來估測噴嘴的保護半徑。

關鍵詞：細水霧；柴油火；噴嘴結構；保護半徑

細水霧旋芯是細水霧噴嘴的核心、關鍵構件，本文就細水霧霧場中心不穩定，霧動量不足等情況，對其結構參數作出優化與改進，繼而提出了一種新型的組合式高壓細水霧噴嘴結構。考慮到細水霧的滅火機理主要是動力拉伸即油盤處軸向速度將火焰壓平，破壞了燃燒的充分條件。首先我們通過單噴嘴冷態實驗選出霧滴粒徑較小同時油盤中心處軸向速度較大的單噴嘴，將單噴嘴組成七個噴嘴，如圖1所示。噴孔角度有30°、45°、60°；噴孔的孔徑有0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm；筆者通過近千組實驗的結果選出最優噴頭，并將噴頭在10MPa下做偏移滅火實驗，估計組合式噴嘴的保護范圍。我們在受限空間內（圖3）依次將油盤放在噴頭正下方、任意沿一條線偏移25cm、50cm、75cm、100cm，并記錄滅火時間。本實驗將有助于對高壓細水霧旋芯結構繼續提高和調整，本文研究結果可為高壓細水霧組合噴嘴在特殊場所中的應用積累必要的實驗數據。

一、試驗模型的建立

在5m×5m×3m的封閉空間中其頂部安有細水霧噴頭，噴頭距地面高2.8m，噴頭正下方放一油盤，油盤直徑300mm，實驗搭建如圖1。其中噴頭采用的是上海金盾消防安全設備有限公司生產的XWT-B04細水霧噴頭如圖1。熱態實驗時每次向油盤中倒入400ml柴油，并用20ml汽油引燃，預燃60s后開啟水泵并記錄滅火時間。

二、結果與討論

實驗中發現：

（1）流道條數4條，旋芯溝槽深度選擇1.0mm霧化效果普遍好；

（2）對于噴孔角度30°的噴嘴，七個噴嘴孔徑全為0.6mm或1.0mm的組合式噴嘴霧場中心特別穩定。孔徑為0.6mm的流量小，霧動量小，霧化角大，保護范圍在0.6m左右；孔徑為1.0mm的流量大，霧動量大，霧化角小，保護范圍在0.8m左右；

（3）對于噴孔角度45°的噴嘴，七個噴嘴孔徑全為1.0mm或1.2mm的組合式噴嘴霧場中心特別穩定。孔徑為1.0mm的流量小，霧動量一般，霧化角大，保護范圍在0.3m左右；孔徑為1.2mm的流量特別大，霧動量大，霧化角小，保護范圍在0.8m左右，相比同孔徑噴孔角度30°的噴嘴，耗水量比較大，不經濟；

（4）對于噴孔角度60°的噴嘴，霧化角度大，霧動量小，保護半徑大，七個噴嘴孔徑全為1.2的組合式噴嘴滅火效果較好，霧場中心不穩定，有明顯的偏移現象，孔徑為1.2mm的流量大，霧化角大，保護范圍在1.0m左右；

（5）實驗中還發現，細水霧滅火機理系動力拉伸、冷卻、窒息等多種因素耦合作用；柴火火預燃60s達到600°左右時，開泵滅火的瞬間噴頭處的霧滴速度對滅火效果影響最大。當出現火焰秒滅的現象時細水霧滅火機理是動力拉伸，短短幾秒必然不是冷卻和窒息作用占主導；當火焰在50s左右甚至更長時間時，細水霧的滅火機理是冷卻和窒息作用。

三、結語

根據油盤偏移滅柴油火的滅火效果來看得出以下結論：（1）噴孔角度30°霧場中心最為穩定，其中孔徑為1.0mm的保護半徑最大可達0.8m，霧動量足，缺點是霧化角度小；（2）霧化角：噴孔角度30°<噴孔角度45°<噴孔角度60°；（3）噴孔角度45°的噴嘴霧場中心的穩定性不如噴孔角度30°，噴孔角度45°七個噴嘴都為1.2的組合噴嘴保護半徑最大同樣可達0.8m，但流量大，不如噴孔角度為30°七個噴嘴孔徑都為1.0mm的組合噴嘴經濟；（4）噴孔角度為60°的霧化大，霧場中心極偏；（5）最優組合噴嘴結構參數為：噴孔角度30，四條流道，七個噴嘴噴孔孔徑都為1.0mm，旋芯溝槽深度為1.0mm。

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