一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置及其实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及火灾安全技术领域，具体涉及一种含添加剂细水雾灭火有效性评估实验装置及其实验方法。
【背景技术】
[0002]细水雾是一种清洁高效的灭火剂，其主要的灭火机理是冷却、隔绝氧气和衰减辐射。为了提高细水雾的灭火性能，一些物理和化学添加剂被用于改善细水雾的雾化特性、润湿特性、火焰化学抑制特性等。然而，含有不同成分添加剂的细水雾抑制和熄灭火焰的性能不同，需要对添加剂影响细水雾灭火能力的因素进行定量表征，研宄水雾与火焰的作用机理，从而筛选出高效的细水雾添加剂。
[0003]目前人们评估灭火剂抑制熄灭火焰能力时通常采用杯式燃烧器、平面对冲火焰燃烧器、缩尺寸或全尺寸模拟试验、爆炸球、激波管、火焰燃烧管等装置或方法，其中杯式燃烧器、平面对冲火焰燃烧器和缩尺寸或全尺寸模拟试验可用于评估灭火剂与扩散火焰作用的研宄，爆炸球、激波管和火焰燃烧管适用于评估灭火剂与预混火焰作用的研宄。在一般火灾中，扩散火焰是更为常见的形式，因此前者的试验结果更能反映灭火剂抑制熄灭一般火灾的能力。国际上涉及杯式燃烧器的标准有许多，诸如NFPA 2001 (Standard on CleanAgent Fire Extinguishing Systems)、 ISO 14520-Part I(Gaseous fire-extinguishingsystems-Physical properties and system design)。杯式燃烧器的火焰是同轴扩散火焰，杯口上部形成的反应核心是火焰稳定的关键。但是，标准中规定的杯式燃烧器只适用于评估气态灭火剂的灭火性能，对于凝聚相灭火剂的适用性没有规定。中国科学技术大学博士学位论文(20060401) “多组分细水雾与扩散火焰相互作用的模拟研宄”中介绍了利用杯式燃烧器研宄细水雾与火焰作用的方法，但是该方法存在光学测量困难、壁面损失严重、水雾定量困难、消耗量大的缺点，不适用于筛选细水雾添加剂。平面对冲火焰燃烧器中可燃气流和载有灭火剂的氧化剂流逆向流动，形成平面对冲火焰。虽然该燃烧器能定量控制凝聚相灭火剂释放量、表征凝聚相灭火剂的粒径分布，但是平面对冲火焰需要高精密的燃烧器定位系统和高稳定的气体输运系统，难以运用于普通实验室；该方法中可燃气和压缩空气消耗量大，成本高。缩尺寸或全尺寸模拟试验难以提供精确的定量数据，而且试验成本大，不适用于灭火剂的筛选。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种含添加剂细水雾灭火有效性评估实验装置，为筛选高效的细水雾添加剂和研宄含添加剂细水雾与火焰作用的物理和化学机理提供条件保障。采用本发明可实现不同添加剂成分和浓度、不同细水雾释放量和粒径分布、不同的可燃气体组分和流量、不同空气流量下含添加剂细水雾灭火实验的定量表征，筛选出高效的细水雾添加剂，可用于研宄水雾与火焰作用的物理和化学机理，也可用于研宄含添加剂的单个水滴的传热传质机理。
[0005]本发明为实现上述目的所采取的技术方案是:一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，包括氧化剂流定量供给和输运系统，可燃气体定量供给和输运系统，表征系统，数据采集和计算机远程控制系统四部分，氧化剂流定量供给和输运系统包括变频漩涡风机、涡街流量计、小型风洞、雾化装置、喷雾器支架，可燃气体定量供给和输运系统包括柱状多孔燃烧器、自动配气系统，表征系统包括细水雾与火焰作用观察装置、火焰温度测量装置和凝聚相颗粒粒径、速度测量装置，所述的变频漩涡风机通过波纹管与涡街流量计的入口直管连接，涡街流量计的出口直管通过波纹管与小型风洞的入口连接，所述的小型风洞包括过渡段、弯管段、扩散段、阻尼段、凝聚相引入段、静流段和收缩段，它们从下至上依次用法兰连接，在过渡段和弯管段连接处、弯管段与扩散段连接处均设有蜂窝器，阻尼段全段设有蜂窝器且其与扩散段、凝聚相引入段的法兰连接面处夹装有阻尼网，凝聚相引入段一对侧面上开口用于安装喷雾器支撑架，支撑架上等距设有三个喷雾器固定卡扣，喷雾器为同心石英两相流雾化器，空气进口和液体进口分别通过软管和转子流量计和注射泵连接，静流段和细水雾与火焰作用观察装置之间用移轴维氏收缩段连接，凝聚相引入段和静流段材质为PMMA以用于观察喷雾器雾化情况，收缩段材质为不锈钢，外表面贴有恒温加热片，所述的细水雾与火焰作用观察装置与收缩段用法兰连接，观察装置法兰盘上设有螺纹孔用于固定燃烧器固定支架和升降器固定底座，观察装置四个镂空侧面设有凹槽用于夹装光学石英玻璃片，在燃烧器固定支架一侧的石英玻璃片上开有圆孔用于安装柱状多孔燃烧器，柱状多孔燃烧器通过快插式接口与自动配气系统相连接，所述的火焰温度测量装置的热电偶丝对焊点置于观察窗内的柱状多孔燃烧器正下方，通过悬臂与垂直位移升降器连接，所述的凝聚相颗粒粒径、速度测量装置由同步控制器、相机、激光光源构成，相机镜头和激光光源中心点的连线和所述的柱状多孔燃烧器的中轴线平行且位于其正下方，所述的数据采集和计算机远程控制系统与变频漩涡风机、涡街流量计、注射泵、自动配气系统、火焰温度测量装置、凝聚相颗粒粒径、速度测量装置相连。
[0006]其中，所述的柱状多孔燃烧器包括多孔燃烧头、无机陶瓷薄层、燃烧器底座，其中多孔燃烧头半外圆柱面涂覆有光滑的耐高温无机陶瓷薄层，多孔燃烧头与燃烧器底座通过螺纹连接，在燃烧器底座上设有两个螺纹孔，分别安装快插直通接头和螺纹固定式热电偶。
[0007]其中，所述的雾化装置包括石英玻璃同心雾化器、高精密注射泵、玻璃转子流量计，石英玻璃同心雾化器固定在喷雾器支架上，进液管与进气管分别穿过喷雾器支架端子上的通孔与注射泵和玻璃转子流量计连接。
[0008]其中，喷雾器支架包括一个带有三个卡扣的圆柱形支撑架和两个侧面滚花的密封端子，支撑架两端有外螺纹用于与两个密封端子连接，密封端子上设有与进水管和进气管管径相适应的通孔。
[0009]其中，火焰温度测量装置包括升降器固定座，升降器，连接杆固定座、悬臂，陶瓷管，R型对焊热电偶裸丝，升降器固定座钳口部分紧固于观察装置与收缩段的法兰盘上，升降器固定于升降台固定座上，连接杆固定座连接悬臂和升降器的滑块，悬臂一端有通孔，陶瓷管插入通孔固定于悬臂上，对焊热电偶裸丝穿过陶瓷管，通过补偿导线连接至数据采集系统。
[0010]本发明所述的含添加剂细水雾灭火有效性评估实验装置的实验方法包括以下步骤:
[0011](一 )用已知管径的注射器抽取一定体积的含添加剂的水溶液并固定在注射泵上，设置好注射器进样体积流量；打开变频漩涡风机和涡街流量计，调整空气流量至5?8立方米每小时；打开收缩段上贴附的恒温加热片，将收缩段加热至预设温度；启动凝聚相颗粒粒径、速度测量装置的同步控制器、相机和激光光源；
[0012]( 二)打开自动配气系统，设定可燃气体成分和质量流量；打开可燃气体源，将点火器置于柱状多孔燃烧器正上方点火，形成稳定的包裹火焰；此时可控制升降器对R型热电偶进行定位，测量滞止火焰面及上下不同位置处的温度；
[0013](三)打开喷雾器空气源的减压阀，空气源通过针形阀和转子流量计进入喷雾器，调节针形阀旋钮，调整空气至预设流量；启动注射泵，液体经喷雾器雾化后在凝聚相引入段和静流段与空气混合，经过收缩段加速后在细水雾与火焰作用观察段入口处形成速度基本均一的氧化剂流；此时可利用凝聚相颗粒粒径测量装置测量柱状燃烧器正下方不同位置处的粒径和速度分布；
[0014](四)逐渐增大漩涡风机的输入频率提高漩涡风机出口体积流量，对应不同的风速可利用表征系统分别对火焰温度和颗粒相粒径分布进行表征；当火焰由包裹火焰向尾流火焰突变时，对应的空气流量即为特定可燃气体、细水雾流量和雾化粒径分布、添加剂种类和浓度下的特征值；通过控制变量法对比不同