细水雾熄灭油池火行为研究

刘世霖 江平 王旭

摘要：利用自行设计的多喷嘴组合的高压细水雾喷头，研究了细水雾对油池火的抑制过程，着重讨论了细水雾在不同压力、风机在不同转数下对油池火的灭火效果的影响。研究结果表明：提高工作压力确实可以提高灭火效率;在低速通风的条件下有利于提高细水雾灭油池火的有效性;而开启排烟风机会吸入新鲜的空气，起到助燃的作用，降低了灭火的有效性。

关键词：细水雾;油池火;工作压力;风机

细水雾灭火系统绿色、无毒，作为哈龙灭火剂替代产品得到了学者们的广泛关注。国外学者进行了大量实验与模拟：GrantG，JonesA对细水雾灭火系统进行了深入的研究后发现细水雾可以扑灭不同类型的火灾;乔林，马瑞雪等对细水雾熄灭汽油火进行模拟，认为细水雾灭火过程主要分为3个阶段并伴随火焰强化现象;刘长春等利用FDS模拟了细水雾扑灭CH4火灾，认为54μm的水雾颗粒粒径最能够有效抑制燃烧。鉴于此，笔者自行搭建了相关的测试平台，分析研究喷头工作压力、风机转数以及玻璃房门开启的角度对细水雾灭油池火有效性的影响，并总结出实验中的现象和结论，本文研究结果可为细水雾在在建工程可燃液体发生火灾时的应对提供理论参考。

一、实验模型的建立

（一）模型建立

实验是在5.0m×5.0m×3.1m的玻璃房中进行的，房门的尺寸为1m×2m;玻璃房侧面设有一个排烟口，排烟口距地高度为2.5m，正中心设置气体监测装置。火源类型为油池火，油池直径为30cm，火源位置在玻璃房的中心，细水雾喷头位于油盘的正上方，距地面高度为2.7m。在油池的正上方布置热电偶，沿油盘表面中心线每隔20cm布置一个热电偶，共布置7个，自下而上编号依次为1～7。

图1 实验场景布置图

二、结果与讨论

（一）压力对温度的影响分析

实验每次所需柴油400ml，实验过程中所需的工况如表1所示：

表1 工况参数

表1给出了不同压力下细水雾抑制油池火的灭火时间，可以看到随着工作压力的增加灭火时间总体保持着缩短的趋势。

实验过程中还发现：工作压力为5MPa、7MPa时，灭火的过程中会存在火焰强化的现象，原因在于随着工作压力的增加，雾动量增大，细水雾对火焰的动力拉伸作用越明显，这会使火焰温度迅速下降。因此，工作压力越大火焰强化现象越不容易发生。而当喷头的工作压力较低时，低速气流不能迅速压低火焰，同时火焰周围的气流会搅动周围新鲜空气卷入焰，反而起到了助燃作用。

（二）风机转数对细水雾灭火有效性的影响

风机开启时对细水雾灭火有一定影响，表2给出了不同转数下细水雾抑制油池火的灭火时间。当风机转数为1500r/min时灭火有效性最低，笔者猜测此时火场中气流正加速运动，导致部分新鲜空气迅速补充加强燃烧反应;当风机转速为1200r/min、900r/min、600r/min时灭火时间明显比不开风机时灭火时间短，这是因为在风机低速运行时，不易引起地面空气进入，同时又可有效排出燃烧空间上方的高温烟气，带走了火场部分热量，减小了细水雾下降过程烟羽流对其的阻力，减少了烟气对可燃油面的热反馈作用，减少了可燃液体的蒸发量，所以灭火时间减小。由此可见，在风速不显著影响细水雾灭火的情况下，整体上低速通风可以有效地抑制热反馈，能够促进细水雾灭火，同时排烟能够降低火场中的烟气浓度，有利于保障火场中的人员疏散。

表2 风机在不同转数下的灭火时间

（三）自然通风对细水雾灭火的影响

通过门开启的角度来控制自然通风的条件，实验结果如表3所示。

表3 不同风速灭火时间

由上表可见，门的开启程度对细水雾扑灭受限空间的油池火的时间略有影响，随着门开的角度越大，灭火时间略有增加，但影响效果并不明显。门处于关闭状态时，没有新鲜空气进入火场，灭火的有效性相对最高。门开启的角度越大，风量就越大，风速也变大，部分细小雾滴可能被风流带走，不能在火场汽化吸热降温，因而灭火时间略有增加。门开启的角度处于半开程度时，对灭火时间的影响较大，继续加大门开启的角度，对灭火时间的影响不大。这是因为当门开启到一定宽度时供氧已经充足，燃烧由通风控制燃烧转化为燃料控制燃烧，继续加大门开启的角度对燃烧的影响很小。

三、结语

（一）提高工作压力可以有效缩短灭火时间;在细水雾施加时偶尔会出现火焰强化燃烧现象。

（二）通风对细水雾灭火有一定影响，低速通风有利于提高细水雾灭火有效性。

（三）细水雾作用下，排烟风机开闭状态对灭火效果有一定影响。开启排烟风机会吸入部分新鲜空气，起到助燃的作用，降低了灭火效果。

参考文献：

[1]Back G G.Experiment evaluation of water mist fire suppression system technology applied to flammable liquid storeroom applications[C].International Conference on Fire Resarch and Engineering，1995：103-109.

[2]Grant G，Breton J，Drysdale D.Fire suppression by water sprays[J].Progress in Energy and Combustion Science，2000，26：79-130.

[3]刘江虹.细水雾抑制熄灭固体火焰的模拟实验研究[D].合肥：中国科学技术大学，2001.

[4]赵力增，钱芳.细水雾灭火系统在图书馆的应用研究[J].消防科学与技术，2009（6）：421-424.

[5]刘江虹，廖光煊，范维澄，等.细水雾灭火技术及其应用[J].火灾科学，2001（1）：34-38.

[6]高志石.最新水消防技术中压单流体细水雾系统介绍[J].消防技术与产品信息，2001（12）：13-19.

[7]姚斌，范维澄，廖光煊.细水霧灭火技术的研究[J].中国安全科学学报，1998（06）：24-28.

[8]范维澄，廖光煊，钟茂华.中国火灾科学的今天和明天[J].中国安全科学学报，2000（01）：8.

[9]杨立军.细水雾灭火系统研究思想和方法探讨[J].消防科学与技术，2006（01）：57-61.

作者简介：

刘世霖（1994—），男，辽宁沈阳人，沈阳航空航天大学消防工程系硕士研究生，研究方向：火灾科学与防火工程。