劉世霖 江平 王旭
摘要:利用自行設(shè)計的多噴嘴組合的高壓細水霧噴頭,研究了細水霧對油池火的抑制過程,著重討論了細水霧在不同壓力、風機在不同轉(zhuǎn)數(shù)下對油池火的滅火效果的影響。研究結(jié)果表明:提高工作壓力確實可以提高滅火效率;在低速通風的條件下有利于提高細水霧滅油池火的有效性;而開啟排煙風機會吸入新鮮的空氣,起到助燃的作用,降低了滅火的有效性。
關(guān)鍵詞:細水霧;油池火;工作壓力;風機
細水霧滅火系統(tǒng)綠色、無毒,作為哈龍滅火劑替代產(chǎn)品得到了學者們的廣泛關(guān)注。國外學者進行了大量實驗與模擬:GrantG,JonesA對細水霧滅火系統(tǒng)進行了深入的研究后發(fā)現(xiàn)細水霧可以撲滅不同類型的火災;喬林,馬瑞雪等對細水霧熄滅汽油火進行模擬,認為細水霧滅火過程主要分為3個階段并伴隨火焰強化現(xiàn)象;劉長春等利用FDS模擬了細水霧撲滅CH4火災,認為54μm的水霧顆粒粒徑最能夠有效抑制燃燒。鑒于此,筆者自行搭建了相關(guān)的測試平臺,分析研究噴頭工作壓力、風機轉(zhuǎn)數(shù)以及玻璃房門開啟的角度對細水霧滅油池火有效性的影響,并總結(jié)出實驗中的現(xiàn)象和結(jié)論,本文研究結(jié)果可為細水霧在在建工程可燃液體發(fā)生火災時的應對提供理論參考。
一、實驗模型的建立
(一)模型建立
實驗是在5.0m×5.0m×3.1m的玻璃房中進行的,房門的尺寸為1m×2m;玻璃房側(cè)面設(shè)有一個排煙口,排煙口距地高度為2.5m,正中心設(shè)置氣體監(jiān)測裝置?;鹪搭愋蜑橛统鼗?,油池直徑為30cm,火源位置在玻璃房的中心,細水霧噴頭位于油盤的正上方,距地面高度為2.7m。在油池的正上方布置熱電偶,沿油盤表面中心線每隔20cm布置一個熱電偶,共布置7個,自下而上編號依次為1~7。
圖1 實驗場景布置圖
二、結(jié)果與討論
(一)壓力對溫度的影響分析
實驗每次所需柴油400ml,實驗過程中所需的工況如表1所示:
表1 工況參數(shù)
表1給出了不同壓力下細水霧抑制油池火的滅火時間,可以看到隨著工作壓力的增加滅火時間總體保持著縮短的趨勢。
實驗過程中還發(fā)現(xiàn):工作壓力為5MPa、7MPa時,滅火的過程中會存在火焰強化的現(xiàn)象,原因在于隨著工作壓力的增加,霧動量增大,細水霧對火焰的動力拉伸作用越明顯,這會使火焰溫度迅速下降。因此,工作壓力越大火焰強化現(xiàn)象越不容易發(fā)生。而當噴頭的工作壓力較低時,低速氣流不能迅速壓低火焰,同時火焰周圍的氣流會攪動周圍新鮮空氣卷入焰,反而起到了助燃作用。
(二)風機轉(zhuǎn)數(shù)對細水霧滅火有效性的影響
風機開啟時對細水霧滅火有一定影響,表2給出了不同轉(zhuǎn)數(shù)下細水霧抑制油池火的滅火時間。當風機轉(zhuǎn)數(shù)為1500r/min時滅火有效性最低,筆者猜測此時火場中氣流正加速運動,導致部分新鮮空氣迅速補充加強燃燒反應;當風機轉(zhuǎn)速為1200r/min、900r/min、600r/min時滅火時間明顯比不開風機時滅火時間短,這是因為在風機低速運行時,不易引起地面空氣進入,同時又可有效排出燃燒空間上方的高溫煙氣,帶走了火場部分熱量,減小了細水霧下降過程煙羽流對其的阻力,減少了煙氣對可燃油面的熱反饋作用,減少了可燃液體的蒸發(fā)量,所以滅火時間減小。由此可見,在風速不顯著影響細水霧滅火的情況下,整體上低速通風可以有效地抑制熱反饋,能夠促進細水霧滅火,同時排煙能夠降低火場中的煙氣濃度,有利于保障火場中的人員疏散。
表2 風機在不同轉(zhuǎn)數(shù)下的滅火時間
(三)自然通風對細水霧滅火的影響
通過門開啟的角度來控制自然通風的條件,實驗結(jié)果如表3所示。
表3 不同風速滅火時間
由上表可見,門的開啟程度對細水霧撲滅受限空間的油池火的時間略有影響,隨著門開的角度越大,滅火時間略有增加,但影響效果并不明顯。門處于關(guān)閉狀態(tài)時,沒有新鮮空氣進入火場,滅火的有效性相對最高。門開啟的角度越大,風量就越大,風速也變大,部分細小霧滴可能被風流帶走,不能在火場汽化吸熱降溫,因而滅火時間略有增加。門開啟的角度處于半開程度時,對滅火時間的影響較大,繼續(xù)加大門開啟的角度,對滅火時間的影響不大。這是因為當門開啟到一定寬度時供氧已經(jīng)充足,燃燒由通風控制燃燒轉(zhuǎn)化為燃料控制燃燒,繼續(xù)加大門開啟的角度對燃燒的影響很小。
三、結(jié)語
(一)提高工作壓力可以有效縮短滅火時間;在細水霧施加時偶爾會出現(xiàn)火焰強化燃燒現(xiàn)象。
(二)通風對細水霧滅火有一定影響,低速通風有利于提高細水霧滅火有效性。
(三)細水霧作用下,排煙風機開閉狀態(tài)對滅火效果有一定影響。開啟排煙風機會吸入部分新鮮空氣,起到助燃的作用,降低了滅火效果。
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作者簡介:
劉世霖(1994—),男,遼寧沈陽人,沈陽航空航天大學消防工程系碩士研究生,研究方向:火災科學與防火工程。