含NaCI添加劑細水霧特性的實驗測試研究

（遼寧省地質礦產研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

細水霧的霧場結構的特征主要包括：液滴的大小分布、速度、霧通量、錐角等。水霧的物理特性和幾何尺寸對滅火效果有影響。向水霧中添加添加劑后，水霧霧場的冷態會發生一定程度的變化，這些變化會影響水霧從而影響滅火效果。LDV/APV系統用于測試冷場特性，液滴的大小和分布以及含氯化鈉的細水霧的液滴速度。冷態物理性能的影響為研究熱態滅火效果試驗中向水噴霧中添加添加劑對滅火效果的影響奠定了基礎。

一、細水霧發生裝置

細水霧產生裝置包括：高壓氣瓶和直徑為17高為47的1儲水箱以及小噴嘴與軟管。在實驗過程中的壓力主要是通過高壓氣瓶去提供，同時通過減壓閥對其給予控制；需要事先完成氯化鈉溶液的制備同時將其添加到儲水罐里，除此之外還能夠在噴嘴里獲得濃度不同的氯化鈉添加劑產生的細水霧。

實驗中使用的噴嘴是德國制造的Lechler 502.668.30。噴頭依靠高壓空氣產生的水壓在噴頭內產生強烈的旋轉運動，當旋轉的液體從噴頭中噴出時，由于離心力的作用液體被粉碎成小液滴，從而形成細水霧。

二、細水霧霧場其自身特性的實驗測試裝置

實驗中采用LDV/APV系統測試了水霧氣霧場的低溫特性。三維LDV/APV系統的典型設備由六個部分組成：氬離子激光光源，光纖傳輸光路，接收光路，信號處理器，以計算機為中心的測控與流量現場測試數據分析系統，以及智能的三維坐標系位移機制組成。

激光多普勒速度測量技術是指一種以激光為光源并利用多普勒效應來測量流體流速的實驗測試技術，基于該技術的測量儀器通常稱為激光多普勒速度計（Laser Doppler Velocimeter，LDV），也稱為激光多普勒風速儀（LDA）。自適應相位測速儀（APV）系統基于多普勒頻移和多普勒相位差的原理，可以自適應地測量粒子的大小和速度。光路的設計和測量在實驗室老師的協助下進行。

在實驗測量中，選擇距霧滴出口40cm的水平面作為測量平面。這個位置也是細水霧與火焰底座相互作用的地方。水壓為0.7 MPa。選擇該距離和水壓的原因是，通過參考先前的研究數據，發現熱滅火實驗距離油底殼上表面40 cm，水壓為0.7 MPa，并且著火了。滅火效果理想。當包含不同濃度的氯化鈉時，細水霧的滅火效果不同，在此工作條件下霧場的冷態特性可以清楚地看到，從而看到添加劑對霧場的冷態特性的影響，再用細水霧滅火效果。

以噴嘴的垂直中心軸為基準進行測量，每5mm向外選擇一個測量點，直到與中心軸相距100mm。氯化鈉濃度分別為0%，5%，10%和15%的4例的測量與比較。選擇這四個濃度的原因是，通過參考先前的研究數據發現，在熱滅火實驗中氯化鈉的濃度為5%，水霧的滅火效果更加明顯。氯化鈉濃度增加到10%。但是，細水霧對火焰的影響降低了。但是，如果氯化鈉濃度超過15%，則溶液中會析出，難以完全溶解氯化鈉。所以，為了能夠讓獲得的試驗結果能夠有效的展現在細水霧中添加氯化鈉添加劑之后其霧場產生的冷場特點上的轉變，本實驗里使用的氯化鈉濃度其自身的起始點設定為0%，同時沒間隔5%實驗點去完成一次選擇，將其最高點設置在15%。

三、實驗數據記錄和相關分析

（一）霧場粒度分布

對于氯化鈉濃度為0%，5%，10%和15%的細水霧霧場，從噴嘴的中心軸到距中心軸100 mm的地方，液滴尺寸分配。此處的平均粒徑是體面積平均值，即索特平均粒徑（SMD），以（單位μm）表示。

隨著氯化鈉濃度的增加，細水霧的液滴通常會增加。液滴的增加增加了液滴的動量，使液滴更容易穿過上升的火羽到達火焰的底部，并且可以更有效地發揮液滴的物理冷卻效果，從而改善水質薄霧。滅火作用。同時，液滴的增加也有利于氯化鈉的化學滅火作用，因為如果液滴的動量不足以穿透上升的火羽到達火焰底部，則液滴會當煙羽移動時，基本上不會發揮氯化鈉的化學滅火作用，并且不能提高水霧的滅火效果。

（二）液滴的三維速度分布

描述了從噴嘴的中心軸到中心距100 mm的氯化鈉濃度為0%，5%，10%和15%的細水霧的霧滴場軸y和z方向上的速度分布。

隨著氯化鈉濃度的增加，液滴在y方向上的速度基本上逐漸增加，這與粒徑的增加相同，這有利于液滴的動量增加和液滴的滲透。氣流到達火焰的底部，更有效地發揮了液滴的物理冷卻作用和氯化鈉的化學滅火作用，并提高了水霧的滅火效果。

在將氯化鈉添加到其中之后，x與z方向上的速度有所減弱。這主要是因為液滴里氯化鈉的出現使得液滴自身的直徑以及質量受到影響，同時在液滴在噴嘴噴出的時候其產生的離心力也是保持在恒定狀態的，所以液滴在x以及z方向上的速度是不斷降低的，也就是說在進行了氯化鈉添加劑的添加之后，霧場其在速度上的分布開始出現變化，y方向的速度不斷的提升，而x與z方向的速度逐步的降低。雖然在整體的速度上沒有太大的變化，可是速度分量變化仍然不小，這樣的一種情況使得水滴自身的方向也會產生轉變。而氯化鈉添加劑針對霧水場速度分布產生的影響是不是會使得水霧起到的滅火效果受到影響，也需要看火災當前的實際形式去判定。

結論：

對含有添加劑的水霧的霧場的冷態進行的實驗研究發現，在水霧中添加氯化鈉添加劑對霧場的大小分布和速度分布有很大的影響。隨著氯化鈉濃度的增加，細水霧的液滴通常會增加，并且液滴的增加會使液滴的動量相應增加，從而使液滴更容易穿透上升的火焰。火焰可以更有效地發揮液滴的物理降溫和化學滅火作用，因此添加劑對霧場大小分布的影響直接影響了水霧的滅火效果。

添加劑對霧場速度分布產生的影響不但可以提升同時還能夠降低，也就是說，在其中加入了添加劑之后，液滴其在y方向上的速度有所提升，而在x以及z方向上的速度會優速減緩，可是整體速度仍然沒有太大的變化，可是盡管這樣水滴的方向卻開始產生變化。由此可以按照火的實際形式，去完成添加劑針對當前霧場速度分布產生的影響是不是會使得水霧的滅火性能產生改變進行確認。