含NaCl添加劑細(xì)水霧特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究

1、含NaCl添加劑細(xì)水霧特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究    關(guān)鍵詞:細(xì)水霧 添加劑 實(shí)驗(yàn) 細(xì)水霧霧場(chǎng)結(jié)構(gòu)的特性主要包括:霧滴的尺寸分布、速度、霧通量、錐角等。細(xì)水霧霧滴的物理特性、幾何尺寸等都對(duì)滅火效果產(chǎn)生影響,細(xì)水霧中加入添加劑后,細(xì)水霧霧場(chǎng)的冷態(tài)特性會(huì)發(fā)生一定的變化,這些變化會(huì)對(duì)細(xì)水霧的滅火效果產(chǎn)生一定的影響。采用LDV/APV系統(tǒng)對(duì)含氯化鈉的細(xì)水霧的霧場(chǎng)冷態(tài)特性、霧滴的大小及其分布、霧滴的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,研究加入氯化鈉添加劑后對(duì)細(xì)水霧霧滴的冷態(tài)物理特性的影響,為熱態(tài)滅火有效性實(shí)驗(yàn)時(shí),研究細(xì)水霧中加入添加劑后對(duì)于滅火效果的影響奠定基礎(chǔ)。 1 細(xì)水霧發(fā)生裝置 細(xì)

2、水霧發(fā)生裝置包括:高壓空氣瓶、儲(chǔ)水罐(直徑17cm,高47cm)、小型噴頭以及軟管。裝置示意圖如圖1所示。 實(shí)驗(yàn)時(shí)所需的壓力由高壓空氣瓶提供,由減壓閥控制;氯化鈉溶液預(yù)先配制后加入儲(chǔ)水罐中,就可以由噴頭得到含不同濃度氯化鈉添加劑的細(xì)水霧。 2 細(xì)水霧霧場(chǎng)特性實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置 實(shí)驗(yàn)中采用LDV/APV系統(tǒng)對(duì)細(xì)水霧霧場(chǎng)的冷態(tài)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。三維LDV/APV系統(tǒng)的典型裝置如圖3所示,由氬離子激光光源、光纖傳輸光路、接收光路、信號(hào)處理器、以計(jì)算機(jī)為中心的測(cè)控與流場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和智能化三維坐標(biāo)架位移機(jī)構(gòu)等六部分組成。 激光多普勒測(cè)速技術(shù)即指以激光作為光源,應(yīng)用多普勒效應(yīng)測(cè)量流體流動(dòng)速度的一種實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3、技術(shù),基于該技術(shù)的測(cè)量?jī)x器通常被稱為激光多普勒測(cè)速儀(Laser Doppler Velocimeter,LDV),又稱為激光多普勒風(fēng)速計(jì)(Laser Doppler Anemometer,LDA)。自適應(yīng)相位多普勒測(cè)速儀(Adaptive Phase Velocimeter,APV)系統(tǒng)基于多普勒頻移和多普勒相位差原理,可以自適應(yīng)地進(jìn)行微粒的大小及速度測(cè)量。光路設(shè)計(jì)和測(cè)量工作則由實(shí)驗(yàn)室老師協(xié)助完成。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量中選擇了在距離霧滴出口40厘米的水平平面作為測(cè)量平面,這個(gè)位置也是細(xì)水霧與火焰基部相互作用的位置;水壓為0.7MPa。之所以選擇這種距離及水壓,是因?yàn)橥ㄟ^查閱前人的研究資料發(fā)現(xiàn),熱態(tài)滅火

4、實(shí)驗(yàn)時(shí)在噴頭距離油盤上表面40cm,水壓為0.7MPa時(shí),滅火效果比較理想,可以看出含不同濃度氯化鈉時(shí)細(xì)水霧滅火效果的差異,研究這種工況下的霧場(chǎng)冷態(tài)特性,才能夠比較清晰的看出添加劑對(duì)霧場(chǎng)冷態(tài)特性的影響,進(jìn)而研究對(duì)細(xì)水霧滅火效果的影響。 測(cè)量中以噴頭的垂直中心軸線為基準(zhǔn),向外每隔5mm選擇一個(gè)測(cè)量點(diǎn),直至距離中心軸線100mm為止。對(duì)含氯化鈉濃度為0%、5%、10%、15%四種情況進(jìn)行測(cè)量比較。之所以選擇這四種濃度,也是因?yàn)橥ㄟ^查閱前人的研究資料發(fā)現(xiàn),熱態(tài)滅火實(shí)驗(yàn)時(shí),氯化鈉濃度為5%,細(xì)水霧的滅火效果比較明顯;氯化鈉濃度增加到10%,細(xì)水霧對(duì)火焰的抑制作用反而有所下降;而氯化鈉濃度超過15%后,

5、溶液中就會(huì)出現(xiàn)沉淀,氯化鈉難以全部溶解。因此,為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠有效地反映細(xì)水霧中加入氯化鈉添加劑后霧場(chǎng)冷態(tài)特性的變化情況,本實(shí)驗(yàn)中的氯化鈉濃度起始點(diǎn)從0%開始,每隔5%選取一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn),而最高點(diǎn)設(shè)定為15%。 3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析 3.1 霧場(chǎng)粒徑尺寸分布 圖4描述了對(duì)于氯化鈉濃度分別為0%、5%、10%、15%的細(xì)水霧霧場(chǎng),從噴頭的中心軸線處到距離中心軸線100mm處,霧滴粒徑的分布情況。這里的平均粒徑采用體面積平均,即Sauter平均粒徑(SMD),用(單位m)表示。 從圖4可以看出,隨著氯化鈉濃度的提高,細(xì)水霧霧滴總的來(lái)說也在增大。而霧滴的增大,使得霧滴的動(dòng)量增大,從而使霧滴更容易穿透

6、上升的火羽流到達(dá)火焰基部,更能有效的發(fā)揮霧滴的物理冷卻作用,從而提高細(xì)水霧的滅火效果。同時(shí),霧滴的增大還有利于氯化鈉化學(xué)滅火作用的發(fā)揮,這是因?yàn)?如果霧滴的動(dòng)量不夠大,不足以穿透上升的火羽流到達(dá)火焰基部,霧滴就會(huì)被上升的火羽流偏移,氯化鈉的化學(xué)滅火作用就基本上得不到發(fā)揮,從而無(wú)法提高細(xì)水霧的滅火效果。 3.2 霧滴三維速度分布 圖5、6、7分別描述了對(duì)于氯化鈉濃度為0%、5%、10%和15%的細(xì)水霧霧場(chǎng),從噴頭的中心軸線處到距離中心軸線100mm處,霧滴x、y和z方向上速度的分布情況。 從圖6可以看出,隨著氯化鈉濃度的增加,霧滴y方向的速度基本上是逐漸增大的,這和粒徑的增大一樣有利于霧滴動(dòng)量的

7、增大,有利于霧滴穿透上升的火羽流到達(dá)火焰基部,更有效的發(fā)揮霧滴的物理冷卻作用和氯化鈉的化學(xué)滅火作用,提高細(xì)水霧的滅火效果。 從圖5和圖7中可以看處,加入氯化鈉后,x方向和z方向的速度反而有所降低。這是因?yàn)殪F滴中氯化鈉的存在,使得霧滴滴徑增大,質(zhì)量也增大,而霧滴從噴頭噴出時(shí)離心力是一定的,所以霧滴x和z方向上的速度就會(huì)降低。 總之,加入氯化鈉添加劑后,霧場(chǎng)的速度分布有所改變,y方向上的速度增大,x和z方向上的速度減小。雖然總速度量沒有多大變化,但是速度分量卻發(fā)生了較大的變化,造成水滴的方向也相應(yīng)地產(chǎn)生了變化。氯化鈉添加劑對(duì)于細(xì)水霧霧場(chǎng)速度分布的影響是否會(huì)改變細(xì)水霧的滅火效果,將取決于火災(zāi)的具體形

8、式。        4 結(jié)論 通過含添加劑細(xì)水霧霧場(chǎng)的冷態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),細(xì)水霧中加入氯化鈉添加劑后,對(duì)霧場(chǎng)的尺寸分布及速度分布都產(chǎn)生了很大影響。隨著氯化鈉濃度的提高,細(xì)水霧霧滴總的來(lái)說也在增大,而霧滴的增大,使得霧滴的動(dòng)量相應(yīng)增大,從而使霧滴更容易穿透上升的火羽流到達(dá)火焰基部,更能有效的發(fā)揮霧滴的物理冷卻作用和化學(xué)滅火作用,所以添加劑對(duì)霧場(chǎng)尺寸分布的作用直接影響了細(xì)水霧的滅火效果。 添加劑對(duì)霧場(chǎng)速度分布的影響是既有增大、又有減小,即加入添加劑后霧滴y方向上的速度增大,x和z方向上的速度減小,總體速度沒有多大變化,但水滴方向發(fā)生了變化。添加劑對(duì)霧場(chǎng)速度分布的影響是否會(huì)改變細(xì)水霧的滅火性能,將根據(jù)火災(zāi)的具體形式來(lái)決定。 實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),距離中心軸線越遠(yuǎn),測(cè)量細(xì)水霧霧滴粒徑和速度得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)越不穩(wěn)定。這是因?yàn)榫嚯x中心軸線越遠(yuǎn),細(xì)水霧霧滴受外界因素的干擾就越大,如周圍環(huán)境中空氣的流動(dòng)就會(huì)造成霧滴速度的變化,所以實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇距離中心軸線較近的霧滴來(lái)研究細(xì)水霧的霧特性更有意義。 參考文獻(xiàn): 1姚斌,秦俊,廖光煊.三維LDV/APV系統(tǒng)測(cè)量大尺度霧場(chǎng)的硬件布局參數(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2003-5. 4Wighu