噴頭旋芯結構對細水霧滅火影響研究

李小松 陳健 王鈺

摘要：細水霧噴頭旋芯對噴頭霧化效果有重要影響，研究細水霧噴頭在不同旋流通道、通道角度、通道尺寸等條件下，細水霧的霧化效果。測試不同細水霧噴頭滅火效果，分析霧化參數對滅火效果影響，總結歸納數據和經驗，優化設計出適合我國國情的、能夠在消防工程中推廣應用的細水霧噴嘴。

關鍵詞：細水霧;新型噴嘴;霧化效果;滅火效果

火災是嚴重危害人類生命財產安全、阻礙經濟發展、影響社會穩定的常見災害之一，具有破壞性強、施救困難、影響惡劣等特點.細水霧滅火系統技術的優點在于對于環境無污染、滅火快速、用水少、水漬損失小，可以用來撲滅A、B、E類火災，因此細水霧滅火系統技術現在越來越被消防領域的人們所關注。細水霧良好的霧化特性既能保證用最少的水快速有效地撲滅火災，同時對保護對象不產生任何水漬影響。細水霧滅火噴嘴的設計與選擇需要綜合考慮滅火有效性及經濟性，因此有必要對噴嘴的霧化機理以及影響霧化效果的各種因素進行理論分析和實驗研究，從而積累相關的經驗和數據，為噴嘴的研制提供幫助。細水霧噴嘴霧化性能的好壞對其滅火效果和對保護對象的影響起著決定性的作用。良好的霧化特性既能保證用最少的水快速有效地撲滅火災，同時對保護對象不產生任何水漬影響。因此研制新型細水霧噴嘴，強化霧化效果、提高水霧的霧動量，對提高細水霧系統滅火具有重要意義。本文圍繞著提高優化細水霧滅火效果及應用開展研究，結構上，通過優化細水霧關鍵部件噴頭的霧化器提高霧化效果來提高滅火效果。

一、實驗裝置

細水霧滅火試驗在遼寧省飛機火爆防控實驗室進行，水泵設計壓力0-20MPa，在火源上方布置7個熱電偶，布置間距100mm，編號為1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號用于測量火源區溫度并通過溫度采集儀記錄。霧滴粒徑采用激光粒徑儀測量，火源采用0號柴油作為火源。細水霧噴頭為7孔的噴頭，側面等分分布有6個與底面成45度的噴嘴，底面中心軸向有一個噴嘴。

二、結果分析與討論

（一）細水霧霧化實驗

細水霧工作壓力采用8MPa，啟動水泵施加細水霧，采用激光粒徑儀測量細水霧霧滴粒徑，霧滴粒徑用Dv0.9表示，初步篩選出10種粒徑數據較為理想的噴嘴，如表1.1所示

1.1 ?細水霧噴頭霧化效果

從表1.1可知，隨著噴嘴旋芯角度增加霧滴粒徑呈現先減小后增大的趨勢，噴嘴口徑為0.8mm時霧化效果較差。4槽噴頭的霧化效果明顯好于2槽噴頭。因為在噴頭其他設計參數相同情況下，增加噴頭導流槽數量可以增加細水霧噴頭內部水流的的相互撞擊的概率，提高了霧化效果。導流槽為60°的噴頭霧化性能相對于45°、30°噴頭而言霧化效果較差。60°導流槽主要強化了切向霧化效果會造成噴嘴內部水霧動能的損耗加劇，導致水霧軸向速度降低，根據韋伯霧化理論，旋流速度小，不利于霧化，所以60°噴嘴霧化效果不理想。而0°旋芯由于缺少離心霧化作用所以水基本呈現直流噴水狀態，沒有霧化作用。

（二）細水霧滅火實驗

細水霧噴頭采用30°、45°和60三種旋芯角度，旋芯為4條導流槽，組成7噴嘴噴頭，中心小噴頭與周向六個小噴頭采用的旋芯結構及噴孔直徑的參數一致。噴頭距地面2.7m在油盤內，倒入400ml柴油作為燃燒物，20ml汽油作為引燃物，點燃一分鐘使其充分燃燒后，打開水泵開啟噴頭;采用熱成像儀及其系統記錄火焰燃燒及撲滅過程，并記錄滅火時間，如下圖1.2和表1.3所示。

由上圖可知，在施加細水霧瞬間主要通過火焰拉伸作用壓制火焰，使火焰燃燒形態由垂直燃燒狀態變為水平燃燒狀態，但是由于火焰的主體仍然在油盤表面，所以不能瞬間熄滅火焰。隨著細水霧的連續施加，在細水霧的擾動下，火焰在水平方向紊流程度進一步增強，不連續區域逐漸減小，火焰形態越來越小，同時，細水霧不斷吸熱汽化冷卻燃油表面溫度，降低可燃油氣的汽化量，逐步切斷向燃燒區燃料的供給，當油盤表面區域溫度降到65℃時，燃燒放熱量不足以支持細水霧吸熱和液體燃料繼續汽化燃燒時，火焰完全熄滅。

1.3 ?細水霧噴頭滅火效果

從表1.3可知，噴頭保護面積大小與導流槽角度有關，60°導流槽噴頭霧化角普遍大于45°導流槽噴頭霧化角。因為60°導流槽切向速度大，而軸向霧滴速度小，所以增加了噴頭的保護范圍。同時，60°導流槽噴頭的霧滴粒徑比45°導流槽噴頭的霧滴粒徑小，這說明速度小不利于霧化。噴頭流量與噴嘴口徑有直接關系，噴嘴口徑越大流量越大，所以在選擇噴頭時也要考慮到節能經濟因素。當火源位于噴頭正下方中心位置時，1-5號噴頭均能有效滅火，最短時間2s，最長39.7s就可滅火;說明旋芯為45°噴頭即保證了徑向噴水距離又強化了軸向速度，增加了霧滴霧動量，所以滅火效果較好。

圖1.2是紅外攝像機拍攝的細水霧瞬間熄滅火焰的火場紅外熱像圖，滅火時間為2s。照片形象地展示了細水霧對火焰拉伸作用過程中火焰內部各區域的溫度和火焰結構的變化情況。有圖可知，當施加細水霧時，細水霧從噴頭高速噴出，并形成一水霧錐噴向燃油表面，細水霧直接沖擊火焰，在細水霧拉伸的作用下，火焰被細水霧壓制并被強制改變燃燒形態，由垂直燃燒變為水平燃燒，當火焰被壓制并沿水平方向被推離燃油表面時，火焰被瞬間熄滅。如果火焰不能被細水霧幾秒鐘熄滅，這時細水霧拉伸作用主要是壓制火焰。

三、結語

1.導流槽為45°的噴頭，4槽霧化效果最好;噴嘴口徑為0.8mm時霧滴粒徑較大。

2.細水霧噴頭導流槽為45°，噴嘴口徑為1.0mm時，滅火效果良好，滅火時間為2s。

3.細水霧噴嘴口徑對滅火效果影響顯著，當噴嘴口徑為1.0mm時，滅火機理主要以火焰拉伸為主導，可以達到瞬間滅火的效果。

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