细水雾与油池火相互作用的尺度模拟实验.PDF

细水雾与油池火相互作用的尺度模拟实验 1 2 刘志强 ，黄鑫 （1.包头市消防支队，内蒙古 包头 014000 ； 2.公安部天津消防研究所，天津 300381 ） 摘 要：首先讨论无细水雾时火焰的尺度关系及细水雾施加时细水雾相关特性的 尺度关系，然后选择符合尺度关系的喷头，在线性尺度比为 3.33 的两个空间内 进行细水雾灭火实验，测量不同火源功率下的临界灭火水流量，最后分析实验结 果，考察尺度模拟方法的可靠性。 关键词：细水雾；尺度模拟；几何相似；灭火 自 1987 年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》签订以来，国际安全 领域一直将细水雾作为哈龙灭火剂的潜在替代物进行研究。然而迄今为止，由于 细水雾灭火机理的复杂性，细水雾灭火系统的设计还不能完全依赖一般性原则或 称优先原则。2003 版的 NFPA750 附录 C 中建议，预先设计的系统，其可靠性需 要由国际公认的火灾实验室进行全尺度实验来证明。但是，这种“实验设计”方 法成本太高，限制了细水雾灭火系统的发展。因此，如何确定细水雾灭火系统的 相关设计准则以简化系统设计、降低成本，已成为拓展细水雾系统应用领域的关 键。 从经济角度而言，一个较好的尺度模拟方法对于研究细水雾灭火技术是有利 的，至少它有助于全尺度实验前的系统设计和性能参数确定，因为如果在某尺度 下系统被证明有效，那么应用尺度原则可以将结果外延至较大的尺度。目前，较 大尺度的系统设计倾向于采用同样的雾发生装置，不同的是增加喷头的数量，而 尺度模拟方法能够通过被保护空间的几何相似布置（如喷头尺寸、喷射压力等） 取代这种设计方法。细水雾与火焰相互作用的尺度模拟研究始于20 世纪70 年代， 不过迄今为止还没有实验可以严格证明这些尺度关系的准确性。本文通过细水雾 灭油池火的尺度模拟实验对细水雾与火焰相互作用的尺度模拟关系进行了研究， 分析了细水雾灭火的尺度模拟方法的可行性及存在的问题。 1 细水雾与火焰的尺度模拟 1.1 室火的尺度模拟 Thomas、Waterman 以及 Heskestad 等人对受限空间内无细水雾施加条件下 的火焰尺度模拟进行了大量研究，主要集中在恒定压力下给定的燃料/空气系统。 在恒定温度和压力下，不同尺度的火焰其 Re 和 Fr 很难同时相等，而这对于模型 的建立又是必要的，在这种情况下对Re 相等的要求可以放松，即忽略粘度对流 动的影响（在火焰边界处 Re 一般较高），严格保持Fr 恒定。 速度的尺度关系见式（1）： u ∝L1/ 2 0 （1） 式中 u0 为速度（m/s ），L 为空间尺度（m ）。 火焰热释放速率的尺度关系见式（2 ）： Q ∝mf ∝L5 / 2 （2 ） 式中 Q 为火焰热释放速率（kW ），mf 为质量燃烧速率（kg/s ）。 流动时间的尺度关系见式（3 ）： t ∝L / u ∝L1/ 2 0 0 （3 ） 式中 t0 为流动时间（s ）。 压力的尺度关系见式（4 ）： ΔP ∝ u 2 ∝L 0 ρ 0 （4 ） ΔP 3 式中 0 为压力差（Pa ），ρ为气体密度（kg/m ）。 1.2 细水雾的尺度模拟