超细干粉灭火剂微粒运动特性研究

发布时间：2020-07-22 05:01

【摘要】：近二十多年来,随着哈龙灭火剂1211、1301、2402的全面退市,超细干粉灭火剂一直被看作是哈龙灭火剂的一种替代产品,其ODP=0,GWP=0,还具有灭火效率高,毒性低,对设备腐蚀性小等特点,可用于便携式、固定式和全淹没式灭火系统,在诸多领域有广阔的应用前景。超细干粉灭火剂施放后所表现的运动特性主要包括运动过程中的弥散特性、波动特性、悬浮与沉降特性等,这些都会影响施放后灭火剂微粒浓度的分布,最终在物理机制上影响其灭火效能。因此,本文研究超细干粉灭火剂的运动特性对于灭火剂的制备、提高灭火效能以及进一步的工程应用具有一定的指导意义。本文首先研究并建立了灭火剂微粒的施放速率模型。考虑灭火剂微粒在施放过程中,施放装置内的压力会不断减小,导致喷口的出流速率也不断减小,是一个非线性变化的过程。本文采用压力容器气体泄漏源模型,并引入修正系数,分别得出了0.8MPa、1.OMPa和1.2MPa充装压力所对应的驱动速率方程；结果表明该模型很好地模拟出了超细干粉灭火剂在氮气驱动下从喷嘴施放的真实过程。研究并建立了基于无火源条件灭火剂微粒在氮气驱动下喷射的冷喷模拟方法。并对灭火室中不同位置的四个测量点进行监测计算,最终得出各处的灭火剂微粒浓度随时问的变化规律。建立同尺寸的实验装置,采用激光测量装置对灭火剂在灭火室内施放时,四个测量点处的灭火剂微粒的浓度变化进行测量。通过对比四个点处不同时刻的模拟值和实验值,并通过误差分析来解释两者之间的差异,以此来验证通过数值模拟方法所建立冷喷模拟方法的可靠性；结果表明该冷喷模拟方法能很好地模拟灭火室中灭火剂微粒的运动规律,模拟值和实验值吻合度较高,具有较高的可靠性。研究并建立了基于火源条件灭火剂微粒在氮气驱动下喷射的热喷模拟方法。热喷模拟方法是通过冷喷模拟方法和火源模拟方法相结合并考虑灭火剂微粒和火羽流之间的动量和能量传递而建立的。所以,本文建立了数值模拟的火源模拟方法,并对其中的不同位置的八个测量点进行监测计算,最终得出各点处的温度随时间的变化规律。建立同尺寸的实验装置,采用树形热电偶对八个测量点处的温度变化进行了测量。通过对比八个点不同时刻的模拟值和实验值,并通过误差分析来解释两者之间的差异,以此来验证通过数值模拟方法所建立的火源模拟方法的可靠性；结果表明该火源模拟方法能很好地模拟灭火室内真实的温度分布情况,和实验值吻合度较高,具有较高的可靠性。针对超细干粉灭火剂的粒径对全淹没效果的影响,本文采用在灭火剂运动路径上设置障碍物的方法,结合冷喷模拟方法对1μm～12μm的超细干粉灭火剂的运动特性进行模拟,并对其结果进行定量表征和综合判定。研究结论说明,超细干粉灭火剂微粒的直径在2μm～6μm区间和8μm～12μm区间,粒径越小全淹没效果越好；在6μm～ Sμm区间的超细干粉灭火剂的全淹没差别不大；lμm和4μm灭火剂微粒的全淹没效果相当；综合评判得出2μm的灭火剂微粒达到全淹没效果最优。而1μm的灭火剂微粒的运动特性与直径大于1μm微粒的运动规律是不一样的,它们主要是以扩散运动为主,弥散性较好但绕流特性较差,由于沉降运动较弱,很难穿透火羽流直接到达火源根部。针对超细干粉灭火剂和火羽流相互作用的复杂过程,采用热喷模拟方法对超细干粉灭火剂的热喷情况进行模拟研究。模拟结果表明热喷模拟方法能很好地模拟出灭火剂微粒和火羽流相互作用的过程,在灭火过程中,随着灭火剂微粒动能不断损耗,扩散半径不断增加,微粒开始膨胀扩散并不断压迫火焰使其形状发生改变,火焰高度不断减小宽度不断增大,最后灭火剂微粒到达火源表面并对火源进行全淹没式包围；模拟结果还发现采用内壁收缩喷嘴能尽快达到全淹没效果从而提高灭火效率；驱动压力越大也可以较快地达到全淹没效果,并且微粒浓度分布比较均匀,不容易产生涡流现象。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ569

【参考文献】

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1 曹丽英;冷气溶胶灭火剂性能表征研究[D];南京理工大学;2005年

本文编号：2765361