细水雾与气体浮力非预混双火焰相互作用的研究

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实际火灾场景中多火源燃烧的情形十分常见,且灾害的发展在多火源的相互作用下极易形成诸如火焰合并,火旋风等危害性更大的燃烧现象。此类火灾场景下燃烧情况复杂、危害性显著,如不及时采取有效措施,极易造成严重的人员伤亡和财产损失。细水雾作为一种清洁、高效的灭火技术,其凭借环保、无毒害等优势,成为哈龙灭火剂的有效替代品,且在灭火领域得到广泛重视。当前针对细水雾灭火的相关研究大多侧重于讨论单一火源情形下的灭火行为特性及机理。相对于单一火源,多火源条件下燃烧机理和行为特征更为复杂,细水雾在该情形下控火效果及机理尚不清晰。多火源燃烧是指两个及以上非连续火源在相同时间及相近空间下燃烧的特殊现象。双火源燃烧既属于多火源燃烧现象,存在火源间相互影响,火源个数也较少,火源分布较为简单。因此,本文选择双火源为主要对象,研究细水雾作用下两者的作用关系,旨在获取多火源燃烧条件下细水雾灭火特性,揭示其灭火机理及其影响机制。本文通过自主搭建的实验平台,开展了细水雾与气体浮力非预混扩散双火焰(即气体双火源)相互作用的1/2缩尺度模拟实验研究,获取了火焰温度、热辐射通量、灭火时间及灭火现象等关键参数。同时,基于现有的单一火焰诱导的羽流推力计算公式,首次给出了由双火焰诱导的羽流推力计算公式和判定细水雾扑灭双火焰的临界条件,并进一步定量分析了细水雾扑灭单/双火源的行为差异。结果表明:当无量纲火源间距在0.07~1.0范围内时,其与临界雾动量呈现负相关关系。热释放速率相同时(假定燃料完全燃烧),扑灭双火焰的临界雾动量显著大于单一火焰,说明双火焰相较单一火焰具有更强的羽流推力,雾滴需要更大的穿透能力才可能作用到火焰根部和可燃物表面。同时,利用数值模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator v 6.7.4),开展了 1/2缩尺度及全尺度细水雾与气体单/双火源相互作用的数值模拟研究。获取了火焰温度、热辐射流量、湍流强度、氧气浓度分布及流场分布等参数,从细微观层面对单/双火源灭火过程进行了分析讨论。模拟结果表明:双火焰间空气卷吸受限程度随火源间距增加而减小,灭火过程中细水雾-火羽流两相流掺混程度降低,湍流强度更小,流场结构趋于对称分布。本文相关研究成果可为细水雾灭火系统在多火源灭火方面的应用及优化设计提供实验数据支撑和理论参考。
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