含钾盐添加剂细水雾的灭火原理工程实例

实验燃料为甲烷（CH4），由燃料入口通入Cup-burner；氧化剂为合成空气（N2为79%，O2为21%），由氧化剂入口通入。选择CH4作为燃料是因为它的燃烧性能可以代表大部分的碳氢燃料，具有较高的燃烧温度而不像其他饱和烃会发生热解，并且关于CH4燃烧的理论和实验结论较为成熟，许多结论可以直接使用。

参照GB/T 20702—2006《气体灭火剂灭火性能测试方法》，将空气体积流量设定为40 L · min-1，CH4的体积流量设定为0.32 L · min-1，CH4与空气的比为1∶125，远小于CH4与空气当量燃烧时的1∶9.52，属于典型的富氧燃烧。

当空气流量为40 L·min-1，CH4流量为0.32 L·min-1时，火焰高度随时间变化如图2.7所示。

图2.7　CH4/空气扩散火焰形态随时间的变化

（a）0 s；（b）50 s；（c）100 s；（d）150 s；（e）200 s

由图2.7 可知，Cup-burner 装置中，燃料与氧化剂同轴向上流动，分别位于火焰面的两侧。在此流量下的火焰燃烧稳定，火焰根部为明亮的蓝色，表明CH4 燃烧充分；火焰上部为明亮的黄色，火焰高度不随时间的变化而变化。

当空气流量为40 L · min-1，CH4 流量由0.16 L · min-1 逐步增加至0.48 L·min-1时，火焰高度随时间变化如图2.8所示。

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图2.8　CH4/空气扩散火焰形态随CH4流量的变化

（a）0.16 L·min-1；（b）0.24 L·min-1；（c）0.32 L·min-1；（d）0.40 L·min-1；（e）0.48 L·min-1

由图2.8 可知，CH4流量的增加对火焰根部几乎没有影响，火焰上部变得更加明亮。当CH4流量超过0.32 L·min-1时，火焰上部开始出现褶皱，外部轮廓变得不规则，火焰中部出现明显的旋涡上升，说明火焰的湍流度增强。此时火焰的稳定性下降，在火焰顶部产生较多黑烟，这是燃烧不充分的表现。部分火焰在上升旋涡的作用下被带出石英玻璃管，与管外的空气混合，出现二次燃烧的现象，大大增加了实验的危险程度。因此，本书的实验工况选定在层流燃烧的范围内。

当CH4流量为0.32 L · min-1，空气流量由20 L · min-1 逐步增加至60 L·min-1时，火焰高度随时间变化如图2.9所示。

图2.9　CH4/空气扩散火焰形态随空气流量的变化

（a）20 L·min-1；（b）30 L·min-1；（c）40 L·min-1；（d）50 L·min-1；（e）60 L·min-1

由图2.9 可知，空气流量的增加对火焰形态几乎没有影响。Sheinson［143］的研究表明，在某个区域内，灭火剂的最小灭火浓度与氧化剂的体积流量无关，并将这个区域定义为氧化剂的“平坦区”（Plateau region）。因此，本书所选的空气流量变化为平坦区所在区域，LZB-10 型玻璃转子流量计误差和空气气瓶气压不稳定对实验的影响可忽略不计，GB/T 20702—2006中所要求的40 L·min-1在实际实验中可放宽到30～50 L·min-1范围内。