压力螺旋型喷嘴雾化特性及灭火有效性实验

压力螺旋型喷嘴雾化特性及灭火有效性实验压力螺旋型喷嘴雾化特性及灭火有效性实验 摘要 为了优化压力螺旋型喷嘴参数 设计了压力螺旋型细水雾灭火喷嘴并进行了实验 分析了压力螺旋喷嘴设计参数 系统压力和添加剂对雾化特性的影响 结果表明 当系统压力 从 0 5 MPa 增加到 1 5 MPa 时 细水雾的索太尔直径减少 8 水中的添加剂可以降低雾的索 太尔直径 1 3 一 15 雾场中雾的索太尔直径越大 拉径分布越宽 粒径体积分数分布曲线 有向大粒径方向移动的趋势 雾的速度与系统压力成近似线性增大关系 当喷嘴结构设计不合 理时 喷嘴下游平面上的雾通且分布会不均匀 对熄灭火灾不利 关扭词 细水雾 压力螺旋型喷 嘴 雾化特性 侧量灭火 产生细水雾的方式主要有两种 一种是单相流 另一种是两相流 两相流由于雾化粒径 细 受到很多研究者关注 如两相流乳化型细水雾喷嘴 气泡雾化细水雾喷嘴 两相流方式 产生细水雾很多研究者关注 如两相流乳化型细水雾喷嘴 气泡雾化细水雾喷嘴 两相流方 式产生细水雾不但系统复杂 而且安装及运行成本高 3 在单相流雾化喷嘴方面 周华等 4 研究了高压细水雾喷嘴 廖义德等 J 设计了高压双层离心式喷嘴 系统都需在高压 下 5 8 MPa 工作 系统的经济性与安全性有待提高 为兼顾灭火有效性及经济性 必须研 究中低压单相流细水雾灭火喷嘴的雾化特性及灭火有效性 为了设计经济性和安全性高的雾化喷嘴 作者研制了压力螺旋型细水雾喷嘴 取不 同的喷嘴流道 杆形状及参数 改变这些参数的组合 获得不同雾化特性的细水雾喷嘴 与现 有报道 1 的喷嘴相比 本文中的喷嘴可在低压下工作 1 实验装置实验装置 在冷态特性试验台上测量喷嘴雾化特性 喷嘴雾化特性测试系统如图 1 所示 冷态特性实验台主要由供水系统 水箱 离心泵 喷雾系统 管道 喷嘴 测试系统 压力测量仪 激光粒度仪 记录与处理数据的采集卡和软件 组成 供水压力靠离心泵提供 压力可在 0 2 0 MPa 范围内调节 采用精密压力传感器测量压力 雾滴直径及分布 速度和 雾化角测量采用 1S2000 激光粒度仪 其粒径侧最范围 0 5 1000 um 速度测量范围 0 40 m s 用收集法测量雾流墩和雾通量分布 即收集某一时间间隔内落到收集杯里的水雾 单 位面积上的雾通量为 X Y 代表区域的方向 收集杯布置在离喷嘴下游 1 m 处的 4 个同心圆上 共布置了 25 个 水杯 其中 1 个放在圆心 同心圆之间间距 0 15 m 细水雾在侧量截面处的保护直径约 1 0 m 每个圆周上均匀地布置 8 个水杯 水杯之间相差 450 水杯处的雾通量由式 1 确定 LR 个 离散的水杯测得的雾通量大致代表镇个圆形区域上的雾通髦分布 2 喷嘴的雾化特性喷嘴的雾化特性 IS2000 激光粒度仪采用线侧最方式 即侧量喷嘴下游某平面处的雾滴平均拉径和平 均速度 侧试时激光束在喷嘴正下方穿过 侧得的数据是雾区中心的雾滴粒径 为了减少侧量 误差 每个喷嘴侧量 30 次 然后取平均 即得喷嘴的雾化拉径 用索太尔平均直径 D32 表示 Jones 等 I 的研究表明 累积体积百分数比单一的平均杖径能更好地表示细水雾的较 子特性 ls2000 激光较度仪能给出细水雾校径的体积分数分布与承积体积百分数分布 为了选出具有址佳灭火效果的细水雾喷嘴 首先确定喷嘴的结构 40 式为压力旋转型 然 后改变喷嘴流道和螺杆的形状及参数 构建不同参数的喷嘴 利用 lS2000 激光杖度仪对这 些喷嘴的雾化特性进行测试 并通过热态实验考察其灭火效果 2 1 峨嘴设计参数对界化特性的影晌 压力螺旋型喷嘴由涡流器和直流通道组成 其特点是结构简单 喷嘴设计参数有螺旋 通道半径 R 螺旋通道的型状 三角形 矩形 英形 螺旋线数和升角 图 3 给出 4 种不同设计参数喷嘴在系统压力 P 为 1 5 MPa 时的雾化特性 喷嘴 A 一 D 的 D 分别为 57 00 109 00 156 00 210 00 5m 目前开发喷嘴的入上下限是 57 00 和 210 00 5m 雾化角范围 170 一 940 雾滴速度在 1 5 一 9 9 范围内变化从图 3 可以肴出 喷嘴的 D 越小 较径的体积分布就越窄 表明较径分布相对比较集中 随粉喷嘴 D 的增大 体积分布 曲线向枚径大的区间移动 虽然目前还不能确定哪种拉径对灭火址有效 但根据不同类型火 灾的熄灭机理 可以定性地推断这 4 种喷嘴的适应范围 抑制气体火灾主要称气相冷却与窒息作用 雾滴必须能够快速燕发 且在火焰中有 足够的停留时间 因此雾滴在克服羽流升力的情况下越小越好 雾滴的拉径分布也不宜太 宽 喷嘴 A 熄灭固体火灾主要靠姗料冷却与火焰冷却 因此较径分布较宽的雾滴 喷嘴 D 对 于熄灭这类火灾比较有利 这样可使拉径大的雾滴起到姗料冷却的作用 粒径小的雾滴能 快速蒸发达到冷却火焰的目的 图 4 给出 4 种喷嘴拉径的累积体积分效分布 从图中可以看出 喷嘴 A 一 D 的 99 体 积泉计直径分别为 98 00 225 00 337 00 425 00 5m 小于 NFPA National Fire Protection Association 定义的 1 000 5m 属于细水雾灭火喷嘴 2 2 系统压力对界化特性的影晌 图 5 为杖径 D 和雾滴速度随系统压力变化的曲线 从图中可以看出 压力越大 D 粗径越 J 但对于目前设计的喷嘴 当压力在 0 9 一 1 5 MPa 范田内变化时 久变化不大 压力 从 0 9 MPa 增加到 1 5 MPa 较径仅变化 105m 速度随养压力的增大而增大 变化范围为 4 11 S 64 m s 雾的速度与系统压力成近似线性增大关系 图 6 给出了压力对粒径体积分数分布与累积体积分数分布的影响 从图 6 中可以看 出 在 0 9 1 2 和 1 5 MPa 压力作用下 粒径在 130 一 150 5m 之间的数目址多 体积百分数约为 11 压力越大 其小拉径的雾滴越多 表现在体积分布曲线累积体积分布曲线都向粒径小的区 间 图 6 横坐标轴的负方向 移动 与压力越大平均久粒径越小的侧量结论一致 由于受到泵压力的限制 未获得更高压力下雾化特性数据 对于目前开发的喷嘴 由 于粒径随压力变化并不大 但雾流速随压力会线性增加 所以增加压力能显著提高灭火效果 在灭火实验中也能观测到这个结果 2 3 添加剂对细水雾雾化特性的影响 3 灭火实验及结果灭火实验及结果 实验装置见文献 10 实验中 嫩料盘放在受限空间地板中心 在油盆中心线上方 舟隔巧 cm 布置 1 个热电偶 共布置 5 对热电偶 温度数据通过数据采集卡自动处理 喷嘴工 作压力 1 5 MPa 通过工业水泵进行调节 喷嘴距离地板中心 2 9 m 实验开始时 使用闪点 低的酒精使煤油然烧 预嫩 so 煤油火灾达到稳定燃烧阶段后 开始施加细水雾 直到所有 热电偶沮度都降到 so 以下关闭 3 灭火实验及结果 实验装置见文献 10 实验中 嫩料盘放在受限空间地板中心 在油盆中心线上方 舟隔巧 cm 布置 1 个热电偶 共布置 5 对热电偶 温度数据通过数据采集卡自动处理 喷嘴工 作压力 1 5 MPa 通过工业水泵进行调节 喷嘴距离地板中心 2 9 m 实验开始时 使用闪点 低的酒精使煤油然烧 预嫩 so 煤油火灾达到稳定燃烧阶段后 开始施加细水雾 直到所有 热电偶沮度都降到 so 以下关闭 4 结论结论 1 雾的索太尔直径随系统压力的增加而略有减小 当系统压力从 0 5 MPa 增加到 1 5 MPa 时