双相流细水雾熄灭受限空间木垛火的实验研究

胡林宏 赵俊青 陈健

摘要：本文研究受限空间内，双相流细水雾在气体压力为1.3MPa，水的压力为0.9MPa的工况下对木垛火灭火的试验研究;分析了雾通量分布對灭火效果的影响，采用热电偶对火焰周围温度进行采集，最后使用烟尘（气）测试仪对产生烟气进行分析。结果表明：该工况下细水雾雾场是均匀的，在细水雾作用下，火场温度、烟气刺激性等状况被明显改善;实际应用中采用氮气驱动具有好的安全性。

关键词：双相流细水雾;雾通量;木垛火

双相流细水雾技术是以气、液两相流体为介质，在喷头处混合、碎裂的一种新型细水雾雾化方法。目前，国内外学者进行大量相关试验研究，张晓晶采用流体软件对双相流细水雾雾化过程和灭火效果进行了数值模拟研究，结果表明细水雾灭火效果较好;Grant G，Jones A等人对细水雾灭火进行了广泛的研究，研究表明细水雾可以扑灭不同类型的火灾。由此可见，国内外学者对于细水雾研究主要以灭火性能研究为主，但是对其对热辐射阻隔作用研究较少。

鉴于此，笔者研究了双相流细水雾对油火的热反馈阻隔作用，为细水雾灭火机理在实际应用中提供理论参考。

一、试验装置

实验采用细水雾综合实验装置，在5m×5m×3m的受限空间内，设置直径300mm的油盘，热电偶沿油盘的正中心布置，沿油盘表面中心线每隔20cm布置一个热电偶，共布置6个，用于测量火焰的温度，自下而上编号依次为1～7，编号为1的热电偶贴近油盘表面。热量传感器设置在距离油盘0.5m-1.0m处。

二、细水雾灭火试验

（一）细水雾熄灭木垛火试验

火源采用3.5cm×2.5cm×25cm的红松木条，摆放6层，每层3根，共18根，使用40ml航煤引燃木垛。细水雾装置的气体压力为1.3MPa，水的压力为0.9MPa。热电偶采集的温度变化曲线如图1。由图1可知，木垛火位于喷头的正下方，从喷头喷出的锥形水雾如同一个水罩，扣在了火焰上方，这样火焰产生的热辐射在向外时遇到细水雾而被吸收，同时也能够降低火焰周围的氧气浓度，由于水滴在火焰区蒸发，水雾的平均滴径越小，蒸发量越大，蒸发过程中吸收大量的热量，使火焰温度下降。并且雾滴的蒸发会使火焰区域的氧浓度降低，抑制了木垛的燃烧，一些较大滴的雾滴会穿过火焰滴落在木垛的表面，因为木材燃烧表面温度高液滴会继续蒸发，这样会降低木垛的表面温度，也会有助于灭火。

同时，从图1细水雾灭火木垛火试验中发现，试验中出现了阴燃的现象，灭木垛表面明火的效率较低，会复燃。

（二） 火源偏移30cm灭火试验

喷头喷孔与中心轴线夹角为30°，将木垛摆放在喷头喷孔轴向位置，即水平移动30cm，系统水压为0.9MPa，气体为氮气，水压力1.3MPa，使用40ml航煤引燃木垛，温度变化曲线如图2。

在木垛火燃烧100s后，细水雾喷头开始工作。在细水雾雾通量和氮气双重作用下，木垛火焰出现紊流状态，在过了20s后，火焰被压制。在160s灭火结束后，火场温度降低到室温，火焰产生的黑烟大部分被水雾清扫掉。由于喷头正下方没有喷孔，喷孔均位于与轴线30°的喷头四周位置，所以雾通量在30°轴线上是最大的，而喷头下方雾通量较小，从实验结果可知在最大雾通量处灭火效果好于喷头下方的灭火效果。

这是因为，在喷头下方雾通量小，细水雾主要以窒息灭火为主，而在喷孔轴向位置雾通量最大，此时细水雾以火焰拉伸和冷却灭火为主。

（三）火场气体浓度分析

使用全自动烟尘（气）测试仪WJ-60B采集了距离地面140cm、160cm、180cm3个高度上的气体含量。如表1所示。

由表中的数据可以得出，在细水雾系统工作时，在距离地面高度1.4m、1.6m、1.8m处的氧气浓度并未出现明显变化，经过时间的推移，氧气的浓度有微小的下降，说明从喷头中喷出的氮气量并不是很大，而且距离喷头越近，氧气的含量越低，氮气的浓度越高。虽然环境中的氧气含量在喷头工作时受到影响而略微下降，但下降的数值很小，理论上不会对人体的健康状况造成不利影响。所以可以得出，在使用氮气的情况下，整个系统对人体是安全的。

三、结语

（一） 细水雾对木垛火具有较好的控火作用。

（二）细水雾灭火效果主要由雾通量大小决定，雾通量高的位置灭火效果好。

（三）双相流细水雾中氮气不会降低空气中氧气浓度，对人的影响作用可以忽略。

参考文献：

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张晓晶.气泡雾化细水雾灭火系统的实验研究及数值模拟[D].河北工业大学，2007.