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噴嘴氣泡霧化技術滅火應用前景廣闊

作者:信息發布員 來源:東莞市長廣噴霧凈化科技有限公司 時間:2016/6/17 11:21:39

    噴嘴細水霧作為哈龍替代品之一,由于滅火高效、無毒、價格低廉和環境友好等優良特性,在全球范圍內受到普遍重視并得到廣泛研究。傳統的細水霧發生方法都有著或多或少的缺點和局限性,因此國內外的很多研究機構正致力于開發研究新型的細水霧發生方法,以充分發揮細水霧滅火技術的優越性,使其能在更廣泛的領域內得到應用。

    噴嘴氣泡霧化技術作為一種新型的內混式雙流體霧發生技術具有工作壓力低、霧化效果好、用氣量少以及簡單可靠等眾多優點,它已經在內燃機、燃氣輪機、工業鍋爐、廢液焚化爐和制藥等方面得到了廣泛的應用,但在滅火方面的應用仍屬于空白。

    本文根據氣泡霧化技術的特點及有效滅火對細水霧霧場特性的要求,首先研究發展了基于氣泡霧化的細水霧發生方法,并構建了氣泡霧化細水霧發生的模擬實驗系統。然后使用所設計的系統研究了氣泡霧化噴嘴的流量特性,并通過擬合分析求出了液體流量與GLR(氣液質量流量比)和氣體注入壓力之間的數學關系。實驗中發現氣泡霧化噴嘴的流量系數主要受到氣液流量比、注入壓力以及噴嘴結構等的影響。

    利用高速攝影的方法研究了氣泡霧化噴嘴內部的兩相流型和噴嘴外部的霧場結構及液相破碎過程,分析了氣泡霧化的機理。結果表明,隨著液體流量的減小和GLR的增大,氣泡霧化噴嘴內部的兩相流動從穩定的泡狀流態變化到不穩定的過渡態,再到相對穩定的環狀流態。

    選取合適的最大截面含氣率α_(max)值,可用漂移流動模型來獲得泡狀流態和過渡態的轉換標準。而基于漂移流動模型,使用截面含氣率和流動的關系來模擬環狀流動可以獲得過渡態和環狀流態的轉換標準。對于我們的實驗,泡狀流態至過渡態的α_(max)=0.7,過渡態至環狀流態的α_(max)=0.784。當噴嘴內部為泡狀流動時,氣泡爆破將周圍液膜擊碎成小液滴,而兩層氣泡之間的帶狀液膜則破碎為大液滴。當噴嘴內部為環狀流動時,連續噴出的氣體在噴口附近很短的距離內由于膨脹和剪切作用將液膜破碎成液絲和液滴。過渡態流動下,噴霧則間歇顯示出泡狀流態和環狀流態下的模式。

    由于噴嘴內部流型的轉變,氣泡霧化細水霧存在不穩定的現象,其變化規律與兩相流型是對應的。 作為氣泡霧化細水霧滅火性能研究的基礎,測量了不同工況下氣泡霧化細水霧的四個霧特性參數,其中應用激光多普勒分析儀測量細水霧的平均粒徑和三維平均速度分布,應用激光片光和CCD成像法測量細水霧的霧化錐角,使用收集法測量霧通量的分布,討論分析了工作壓力、氣液流量比和噴嘴結構對這四個霧特性參數的影響。

    根據氣泡霧化噴嘴內部兩相流型變化導致的霧滴形成機理的不同對Lund等人預測霧滴粒徑的模型進行了改進,以能在更寬的GLR范圍內對霧滴粒徑進行預測,模型計算結果與實驗數據的偏差在±20%內。 使用自行設計的氣泡霧化噴嘴進行了對防火保護對象的局部釋放工況和全淹沒工況下的滅火有效性實驗,測量了滅火過程中火焰形態,火焰、油面、空間溫度和O_2、CO_2、CO濃度的動態變化過程,研究了不同霧化氣體與細水霧耦合作用下的滅火機理,并具體對噴嘴工作參數、燃料類型、噴嘴類型、通風狀況以及霧化氣體類型等因素對于氣泡霧化細水霧抑制熄滅火災有效性的影響規律和定量關系進行了分析,為氣泡霧化技術在新一代滅火系統的推廣應用提供理論指導。

    通過與壓力式噴頭產生的單流體細水霧的滅火有效性比較實驗,表明了無論在局部釋放工況還是全淹沒工況下,氣泡霧化細水霧均顯示出比單流體細水霧更為高效的滅火性能,并且在有障礙物的場合使用鹵烴氣體和惰性氣體輔助霧化會極大的改善滅火效果。因此,氣泡霧化技術在清潔高效滅火系統中有著廣闊的應用前景。

 
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