组合式喷嘴旋芯结构灭火行为研究

■ 赵俊青 沈阳航空航天大学安全工程学院

细水雾旋芯是细水雾喷嘴的核心、关键构件，本文就细水雾雾场中心不稳定，雾动量不足等情况，对其结构参数作出优化与改进，继而提出了一种新型的组合式高压细水雾喷嘴结构。考虑到细水雾的灭火机理主要是动力拉伸即油盘处轴向速度将火焰压平，破坏了燃烧的充分条件。首先我们通过单喷嘴冷态实验选出雾滴粒径较小同时油盘中心处轴向速度较大的单喷嘴，将单喷嘴组成七个喷嘴，如图1所示。喷孔角度有30°、45°、60°；喷孔的孔径有0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm；笔者通过近千组实验的结果选出最优喷头，并将喷头在10 MP a下做偏移灭火实验，估计组合式喷嘴的保护范围。我们在受限空间内（图3）依次将油盘放在喷头正下方、任意沿一条线偏移25 c m、50 c m、75 c m、100 c m，并记录灭火时间。本实验将有助于对高压细水雾旋芯结构继续提高和调整，本文研究结果可为高压细水雾组合喷嘴在特殊场所中的应用积累必要的实验数据。

一、试验模型的建立

在5 m×5 m×3 m的封闭空间中其顶部安有细水雾喷头，喷头距地面高2.8 m，喷头正下方放一油盘，油盘直径300 mm，实验搭建如图1。其中喷头采用的是上海金盾消防安全设备有限公司生产的X WT-B04细水雾喷头如图1。热态实验时每次向油盘中倒入400 ml柴油，并用20 ml汽油引燃，预燃60 s后开启水泵并记录灭火时间。

图1 细水雾喷头

图2 济南微纳粒度分析仪

图3 火场空间

图4 数字风速风量计A S856

二、结果与讨论

实验中发现：

（1）流道条数4条，旋芯沟槽深度选择1.0 mm雾化效果普遍好；

（2）对于喷孔角度30°的喷嘴，七个喷嘴孔径全为0.6 mm或1.0 mm的组合式喷嘴雾场中心特别稳定。孔径为0.6 mm的流量小，雾动量小，雾化角大，保护范围在0.6 m左右；孔径为1.0 mm的流量大，雾动量大，雾化角小，保护范围在0.8 m左右；

（3）对于喷孔角度45°的喷嘴，七个喷嘴孔径全为1.0 mm或1.2 mm的组合式喷嘴雾场中心特别稳定。孔径为1.0 mm的流量小，雾动量一般，雾化角大，保护范围在0.3 m左右；孔径为1.2 mm的流量特别大，雾动量大，雾化角小，保护范围在0.8 m左右，相比同孔径喷孔角度30°的喷嘴，耗水量比较大，不经济；

（4）对于喷孔角度60°的喷嘴，雾化角度大，雾动量小，保护半径大，七个喷嘴孔径全为1.2的组合式喷嘴灭火效果较好，雾场中心不稳定，有明显的偏移现象，孔径为1.2 mm的流量大，雾化角大，保护范围在1.0 m左右；

（5）实验中还发现，细水雾灭火机理系动力拉伸、冷却、窒息等多种因素耦合作用；柴火火预燃60 s达到600°左右时，开泵灭火的瞬间喷头处的雾滴速度对灭火效果影响最大。当出现火焰秒灭的现象时细水雾灭火机理是动力拉伸，短短几秒必然不是冷却和窒息作用占主导；当火焰在50 s左右甚至更长时间时，细水雾的灭火机理是冷却和窒息作用。

三、结语

根据油盘偏移灭柴油火的灭火效果来看得出以下结论：（1）喷孔角度30°雾场中心最为稳定，其中孔径为1.0 mm的保护半径最大可达0.8 m，雾动量足，缺点是雾化角度小；（2）雾化角：喷孔角度30°＜喷孔角度45°＜喷孔角度60°；（3）喷孔角度45°的喷嘴雾场中心的稳定性不如喷孔角度30°，喷孔角度45°七个喷嘴都为1.2的组合喷嘴保护半径最大同样可达0.8 m，但流量大，不如喷孔角度为30°七个喷嘴孔径都为1.0 mm的组合喷嘴经济；（4）喷孔角度为60°的雾化大，雾场中心极偏；（5）最优组合喷嘴结构参数为：喷孔角度30，四条流道，七个喷嘴喷孔孔径都为1.0 mm，旋芯沟槽深度为1.0 mm。

参考文献：

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