超细微粒灭火剂运动特性的数值模拟

为了研究超细微粒灭火剂的粒径与全淹没状态的关系,采用离散相模型和喷射速率模型对灭火剂颗粒的释放和流动过程进行数值模拟。分析粒径为1~12μm的超细微粒灭火剂在障碍物下的运动特点,并引入参考值R（t）和评估值A来定量评估1~12μm超细微粒灭火剂的运动特性。结果表明,1μm和4μm超细微粒灭火剂的运动特性相当,2μm超细微粒灭火剂的运动特性远好于其他级别微粒。粒径为6~8μm的超细微粒灭火剂的运动特性差别不大。粒径为2~6μm和8~12μm的灭火剂颗粒直径越小运动特性越好。综合评价得出2μm的灭火剂颗粒达到全淹没状态效果最好。

超细微粒灭火剂冷施放运动特性试验研究

通过激光测量微粒灭火剂释放后在受限空间内各点质量浓度随时间的变化。结果表明,超细微粒灭火剂在受限空间内的运动包括喷射运动和沉降扩散两个过程。前者灭火剂在驱动气流作用下在受限空间顶部、底部及墙壁处积聚,质量浓度较高。后者灭火剂微粒受重力作用发生沉降,同时在湍流气流作用下进行无规则扩散运动,在受限空间顶部质量浓度最低;在受限空间垂直方向的一半高度处,质量浓度较高且波动剧烈;在受限空间底部,当喷射结束后有一个短暂的质量浓度低谷,随着灭火剂微粒发生沉降,质量浓度逐渐升高。喷射压力及喷射质量对灭火剂的运动及质量浓度分布有一定程度的影响,压力过高或过低都会影响超细微粒灭火剂的全淹没灭火效果;喷射质量主要影响湍流驱动在初始阶段的支配地位,进而影响质量浓度大小及分布。喷射压力为1.0MPa,喷射质量为1 000 g时全淹没灭火效果最好。

无火源施放后超细微粒灭火剂运动特性研究

超细微粒灭火剂施放后的运动过程直接影响其灭火效果。通过数值模拟及试验研究灭火剂微粒施放后的流动、扩散和沉降等运动特性。模拟结果表明,灭火剂微粒施放后,向下运动到灭火室底部并撞击后向侧壁运动,随后向顶部运动,易在壁面及壁面底角处聚集。试验表明,微粒的运动分喷射运动和沉降扩散2个过程。前者微粒在驱动气流作用下在灭火室顶部、底部及墙壁处积聚,浓度较高。后者微粒主要受重力作用发生沉降,并在湍流气流作用下进行无规则扩散运动,导致灭火室顶部浓度最低;在灭火室垂直方向的一半高度处,浓度较高但波动剧烈;在灭火室底部,当喷射结束后有一个短暂的浓度低谷,随着微粒发生沉降,浓度逐渐升高。喷射压力对灭火剂的运动及浓度分布影响很大,压力过高或过低都会影响灭火剂微粒的全淹没灭火效果。根据试验结果,喷射压力为1.0 MPa时灭火效果较好。

超细微粒灭火剂抑制单室火灾的试验研究

通过试验测量燃烧区温度的变化过程,研究了超细微粒灭火剂在单室火灾模型下与4种不同类型火焰的相互作用、灭火时间和效果。结果表明,超细微粒灭火剂具有较好的全淹没灭火能力。当1 000g超细微粒灭火剂施放后,位于微粒灭火剂流动路径上的无遮挡火焰(中央火和角落火)能够被迅速扑灭,灭火时间分别为3.9 s和7.2 s;对于火源功率较小的顶棚火,由于火羽流及热泳力的作用,微粒灭火剂能迅速扩散到顶棚,从而能在短时间内将其扑灭,灭火时间约6.3 s;对于遮挡火,其灭火时间较长,约14.3 s。微粒灭火剂浓度对灭火时间有较大影响。当微粒灭火剂的喷射质量为500 g时,虽然中央火、角落火和遮挡火均能被扑灭,但灭火时间都较喷射1 000 g灭火剂时有较长的延长,灭火时间分别为8.1 s,13.9 s和22.2 s。对于需要灭火剂微粒扩散较远距离后灭火的顶棚火,虽然灭火剂在热羽流和热泳力作用下能扩散到顶棚,但因浓度太低,同时由于其他3处火焰熄灭后,灭火室内的氧气消耗速率降低,从而使顶棚火得到足够的氧气,燃烧反应进一步加强,温度反而逐渐升高,不足以将其熄灭。

超细微粒灭火剂与火焰相互作用的数值模拟

为了研究灭火过程中超细微粒灭火剂与火焰的相互作用,该文数值模拟了火场中超细微粒灭火剂在不同驱动压力下喷射后的运动特性。采用驱动速率模型、离散相模型和火源模型对灭火剂颗粒的释放、流动以及与火源作用的过程进行数值模拟。模拟结果表明:内壁收缩的喷嘴能够加强微粒穿透火羽流的能力,其穿透能力随着驱动压力的增大而增强。当与灭火剂微粒作用时,火焰高度减小,宽度增大。驱动压力越大,微粒到达火源表面所需要的时间越少;当达到全淹没状态时,在1.2 MPa的驱动压力下,火源处微粒浓度较高。在1.0 MPa的驱动压力下,火源处微粒浓度变化较小;较高驱动压力可以加快微粒在灭火室中全淹没状态形成的时间;当驱动压力较小时,更容易出现涡流,导致微粒快速充满整个灭火室,但是微粒浓度分布不均。

超细磷酸铵盐微粒灭火剂与B类火作用的有效性研究

为研究超细微粒灭火剂的灭火能力,对NH4H2PO4质量分数为90%的ABC干粉进行超细化和表面改性,制得具有良好流散性的平均粒度在2～10μm的微粒灭火剂,然后将不同量的微粒灭火剂和一定压力的氮气一起充装于1L的贮压式灭火器中,然后在1m3灭火室内进行全淹没条件下的B类油火灭火试验。结果表明,粒度在4.11μm以下的微粒灭火剂能在空中滞留15min以上,并且其灭火质量浓度随着灭火剂的体积平均直径的减小而减少;微粒灭火剂的体积平均粒径为2.48μm时,其灭火质量浓度仅为59～64g/m3,平均灭火时间小于6s。超细微粒灭火剂具有良好的空间流动扩散能力,可用于全淹没火灾保护,作用于B类油火时,灭火质量浓度低且灭火时间短,灭火效率很高。