文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
高压细水雾灭火系统关键技术及其灭火性能研究
姓名:廖义德
申请学位级别:博士
专业:机械电子工程
指导教师:李壮云
20080527
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摘要
科学探测与试验发现,卤代烷气体灭火剂对大气臭氧层有很强的破坏作用,臭
氧层的破坏将严重威胁人类的生存环境和身体健康。随着人们环保意识日益增强,
卤代烷被整体淘汰是不可避免的趋势。细水雾的比表面积极大,能够快速吸热汽化,
降低燃烧区的温度和氧气浓度,通过冷却与窒息作用实施灭火。与其它灭火方式比
较,高压细水雾灭火技术具有灭火效率高和安全环保等优良特性,是国际上公认的
卤代烷消防系统的主流替代技术。因此,开展高压细水雾灭火技术的基础理论及其
灭火性能试验研究,对推动高压细水雾灭火技术在我国的发展与应用具有十分重要
的意义。本文主要研究内容如下:
在综述国内外细水雾灭火技术研究状况和最新发展动态的基础上,分析了细水
雾的灭火机理、灭火优势及其有效灭火范围,确定了高压细水雾灭火系统存在的关
键技术问题及基本对策。
通过分析液体雾化机理和各种雾化方式的特性,根据水雾灭火技术的实际需要,
确定了离心式压力喷嘴作为高压细水雾灭火系统的雾化装置。在对喷嘴内部流场和
水雾化特性进行理论研究的基础上,归纳出离心式压力喷嘴雾化特性与喷嘴结构参
数、压力及流量之间的关系,并应用 Fluent软件对喷嘴内部流场进行了数值计算与
分析。
将多个结构独立的基本喷嘴按照某种方式安装在母体上构成组合喷嘴。组合喷
嘴的性能取决于基本喷嘴的性能及其分布规律。根据单喷嘴的喷雾特性及灭火过程
对细水雾分布的要求,提出了组合喷嘴的设计方法。组合喷嘴平均雾滴直径大于单
喷嘴平均雾滴直径,这说明相邻雾锥间的干涉是存在的。雾锥间的干涉导致一些小
雾滴消失,组合喷嘴的雾滴均匀度优于单喷嘴
自行研制了高压细水雾灭火喷嘴性能试验装置,为喷嘴性能测试和灭火试验提
供了可靠的实验条件。利用智能涡轮流量计、激光粒度测试仪研究了结构参数、工
作压力对喷嘴流量特性系数和雾化特性的影响。试验结果表明,增加喷嘴出口与入
口的面积比,喷嘴的流量特性系数与喷雾角增大,喷雾形状由实心雾锥转变成空心
雾锥。提高工作压力,喷嘴的流量增大,雾滴平均直径有所减小,但流量系数、喷
雾角和雾滴均匀度指数变化不大。
根据边界层理论建立了雾滴的运动模型,推导出在层流、过渡流及紊流状态下
雾滴运动速度和飞行距离计算公式;通过分析火灾环境中雾滴的传热传质规律,确
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定了雾滴直径与吸热汽化时间的关系。设计过程中,可根据雾滴的初始速度确定雷
诺数及流动状态,选择相应公式计算雾滴运动参数与蒸发时间,进而确定相邻喷嘴
间允许的最大布置距离和喷嘴的最大悬挂高度。
对所研制的喷嘴进行了深入的灭火性能试验,从试验过程可以看到,该喷嘴产
生的细水雾对控制固体类与液体类火灾、抑制燃烧速度是非常有效的。火灾规模大
小、燃烧区与水雾喷嘴的相对位置变化对灭火效果的影响,都可以归结为喷雾强度
作用的结果。保持燃烧区域有足够的喷雾强度,是实现快速可靠灭火的必要条件。
增加喷嘴工作压力,喷嘴的喷雾强度、雾滴的初始速度和动量增大,雾滴能克服上
升热气流的阻力到达火焰的根部,直接冷却燃烧核心区,灭火效率显著提高。因此,
高压细水雾灭火技术是水雾灭火的发展方向。
试验结果表明,研制出的高压细水雾喷嘴耗水量低,灭火效率高,已获得中国
发明专利。采用该喷嘴构成的高压细水雾灭火系统已通过中国船级社( CCS )的认
证,并在我国多条船舶上推广应用。
最后,对高压细水雾灭火系统研究中存在的不足和后续工作做了简要的介绍。
关键词:高压细水雾
灭火性能
离心式压力喷嘴
雾化特性
粒度分布
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Abstract
It is discovered that Halon fire-extinguishing chemical wreck the ozone layer by
science determination and experiment. And its destroy will threaten human living space
and body health. With the increasing requirement for environmental safety, it is inevitable
trend that Halon will be ple