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科技经济导刊官方网站:雾状水滴喷射位置对灭火效能影响分析

点击次数:   更新时间:2015-9-8 14:10:34

雾状水滴喷射位置对灭火效能影响分析

孙兴富

(莱芜市公安消防支队   山东   莱芜    271199)

摘要:分析消防人员实际灭火训练数据解析水枪位置、喷射角度、喷射高度和火源方位等元素对灭火效能的影响,对雾状水滴喷射位置对灭火效能的影响作出了实验和解析,探讨科学的灭火方式,指导消防队人员科学、高效灭火,真正起到人民保护神的作用。

关键词:雾状水滴;灭火效能;影响;解析

中图分类号:D631.6  文献标识:A  文章编号:

1 引言

灭火行为的有效性主要考察两个内容,即现场温度的管控以及消防人员间的默契程度,而真实反映灭火效能是笔者的重点考察内容。灭火过程中,消防人员的灭火行为和动作最终会影响灭火效能;在消防器材正确使用的前提下,针对具体火源解决灭火动作和灭火模式的适应性难题是有着现实意义的。下面,论述一下笔者对水枪设置方位、喷射角度以及协同效应等进行研究的情况,并对雾状水滴喷射位置对灭火效能的影响作出重点论述,力图找到灭火规律,指导消防灭火工作。

2 雾状水滴灭火流程解析

消防救援的过程中,雾状水滴灭火能够吸收热量并蒸发气化火源,并且能够将水喷洒到燃料表层进行冷却。雾状水滴蒸发灭火过程的原理是:雾状水滴这一灭火剂的优势在于具备较大的面积,灭火时可以迅速吸热并将火源转换成水蒸气,水滴的相互转换会让其体积膨大到1000倍,对减少火区上端和燃料与空气表面的氧浓度具有非常明显的效果。雾状水滴进入火区后与火区里的混合气体与烟气颗粒存在传热、传质的特征,水滴本身吸收热量、蒸发,并消耗质量。

3 雾状水滴对灭火效能的影响

水滴粒度影响着蒸发速度,一般状况下,直径﹥1000μm的水滴穿过火区,未消耗的水滴将停留在燃料表层并冷却,因此水滴的灭火功能的强弱还与水滴本身穿过火区的能力相关。水滴落到燃烧区直接冷却是消防救援中的关键方法。

当火灾过大时,火羽流的空吸作用能让火区内部产生显著的负压。对同一火灾环境来讲,在尺度、水滴射入速度明确的前提下,水滴喷洒入火区后的速度与水滴的初速度矢量以及火焰浮力羽流速度矢量的总和、水滴和热烟气微粒密度的比值等等数据相关。速度梯度和水滴速度、水滴和热烟气速度矢量相关度很高——即在火焰浮力羽流的影响下,消防水的液滴运动方向将产生变化。

在消防救援实践中,消防员喷水方位以及水枪的入射部位将影响上述因素。要研究水枪喷射角度以及入射点对灭火效能的影响,就应结合火灾动力学软件进行研究,并融合消防训练进行试验,其成果为调节灭火流程与灭火动作、构建灭火动作与灭火效能的关系提供参考意见。

雾状水滴喷射位置对灭火效能的影响的数值仿真测试

4.1 物理模型

利用FDS火灾动力学解析软件进行仿真,能够虚拟各类经典的灭火动作下消防人员的灭火流程。模型挑选控制体大小是6m×6m×6m,网格数目为216000个。利用预混燃烧模型,并利用液体燃料蒸发燃烧模式找寻可燃物,碳氢比例依照轻柴油的质量分数设置为11:24。

参考消防训练场地的状况,油池大小为当量矩形区域面积2m×2m,火焰燃烧20秒后,开始用雾状水滴喷射,消防水枪的水流量达到300L/min,挑选消防人员常规的角度和喷射位置,记载灭火时长等数据。灭火点与火焰相距1400mm、2800mm,灭火喷淋水滴大小为1200μm并呈高斯分布,通过热释放速率的改变能够虚拟现场救援的流程。灭火流程的瞬时温度场,见下图1。

图1  2.8mm位置水枪喷射2.2s时刻温度场

4.2 仿真成果

与油池相距1400mm与2800mm的两类情况下,站立姿态1700mm与半蹲姿势900mm的标准灭火姿势进行数值仿真。

灭火效率决定于水枪方位以及喷射角度的协同效应,灭火仿真虚拟了相异的动作下,俯角10°、平角与仰角10°、25°下的灭火流程。通过仿真图片解析不难发现,近距离平射与小角度喷射可以快速抑制火源,然而其灭火效果不佳,火焰扑灭效果不理想,扑灭时长过长;而近距离小角度仰射能够较为理想地管控火灾势头,扑灭火焰的时长较短;远距离喷射受到喷射角度的影响极小,然而平射与小角度仰射灭火的效果远比俯射效果更好。

灭火试验和成果解析

5.1 试验设计

对灭火过程中消防人员的方位和水枪喷射点进行分析,救援的实验室选在没有风力干扰的4mm2的油池;燃烧后20-30s后开始灭火。试验油池直径是2.25mm,参与灭火的消防人员利用站立姿势与半蹲姿势灭火,高度大致是1.7mm和0.9mm,喷射点设定在距离油池1.4mm与2.8mm的位置,水枪的喷射角度有平射0°、仰射10°-15°、25°-30°,俯射10°等等;消防战士选用单支开花水枪灭火。

5.2 实验成果

笔者通过对比、解析后,通过权衡一些灭火团队的灭火流程的效果,实验数据挑选各类灭火姿势下,每类姿势20组的有效参数,并记载火焰扑灭的时长。对各类状况下的灭火时长的平均值与仿真成果进行比对,获得水枪灭火角度与灭火距离的图谱(见下图2、图3)。

图2 距油池1.4mm的灭火效能图谱

图3 距油池2.8mm的灭火效能图谱

6 结语

    除去上述内容外,对于明确的火源,并不是与火源距离更近灭火效能就越佳,恰当调整消防战士喷射点以及火源的距离就能达到提升灭火效能、节约成本的效果。雾状水滴的灭火效能与消防战士的灭火方略相关,科学明确灭火部位并挑选最好的灭火角度将直接左右灭火效能。

参考文献:

[1] 任凯,浦金云,丁立斌,等.雾状水滴喷射位置对灭火效能的影响分析[J].消防科学与技术,2015,(1):72-75.

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[4] 姬永兴,谢奕波,周志勇,等.灭火剂的三维喷射模式及其消防装备研制[J].消防技术与产品信息,2014,(9):6-9.


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