细水雾抑制室内火灾的理论与试验研究

本文通过理论研究、数值分析及模拟实验相结合的方法，对细水雾与高温环境的热质交换、室内火灾熄灭的临界条件及理论临界水流量计算、细水雾熄灭受限空间煤油池火主导机理和灭火复合添加剂选择等方面进行了较为深入的研究，完成的研究工作及取得的主要进展如下：1．从雾滴在空气中的受力运动分析入手，建立了雾滴运动方程。针对典型滴径及不同出口初速度的雾滴运动状况进行了数值计算，得出了细水雾雾滴的基本运动规律，确定了终端速度与滴径呈平方关系和线性关系的分界直径为80μm。2．建立了单个雾滴在静态环境及其在强迫对流环境中的热质交换方程，得出了雾滴与高温环境的热质传递基本规律。提出细水雾主要通过沸腾机制实现与火场高温环境的热质交换；首次考虑了在强迫对流环境中热质传递、滴径变化与速度变化的耦合作用，提出雾滴的生存时间与初始滴径不再呈平方关系；由雾滴的热作用距离判断，对于1，2级细水雾，灭火作用主要依赖于汽化吸热。3．应用室内火灾的区域模型和熄火热理论，推出了室内火灾熄灭临界关系的理论模型，并对影响临界熄火关系的主要因素进行了讨论，得出室内火灾临界熄火温度与初始温度无关的结论，确立了熄火临界关系曲线。最后，通过实验对室内火灾熄灭临界关系模型进行了有效性验证。4．在室内火灾熄灭临界关系模型中，增加了细水雾的吸热作用，发展了在细水雾作用下的室内火灾熄灭模型，得出了两种极限情况即纯粹对流换热和完全汽化换热以及包含两种换热机制的一般情况下抑制室内火灾发展的理论临界水流量的计算方法。5．建立了试验平台，开展了细水雾熄灭受限空间煤油池火试验研究，考察了通风状况、预燃时间及工作压力等因素对灭火时间的影响，得出受限空间燃烧的池火火焰存在核心反应区、通风控制区和燃料控制区。通过试验和定性分析，提出细水雾熄灭受限空间油池火的主导机理为气相冷却和火焰冷却，从试验上证实了室内火灾熄灭分析模型、火灾熄灭理论临界水流量计算模型基础假设的正确性。6．在对灭火添加剂初选的基础上，通过正交试验及效应分析，找到了具有较好效能的细水雾灭火复合添加剂，与清水细水雾比较，含添加剂的细水雾可极大地缩短灭火时间、降低火焰温度和氧气消耗量，减少CO和CO2的生成量；最后，根据配方组分和实验结果，提出了含添加剂细水雾的主要灭火机制，即主要通过复合添加剂中金属离子捕捉火场中活性基团（自由基），终止链反应来抑制熄灭火源。