增加含钾盐添加剂改善雾化效果

由之前的分析可知，超声雾化细水雾灭火系统所产生的液滴粒径满足了实验的要求，那么，要发挥系统最好的雾化效果，排除干扰，得到相对准确的不同液体灭火剂的灭火效能，则需要对雾化效果的影响因素进行分析和讨论。

实验方法：事先将稳压电源的电压值调节至某一值，开启超声雾化细水雾灭火系统的循环泵。在无火条件下，打开空气瓶，调节玻璃转子流量计至某一定值的同时打开轴流风机，待气流稳定15 s后，打开稳压电源开关并计时60 s后关闭稳压电源和循环泵，继续保持空气携流状态15 s后，关闭流量计和轴流风机，最后关闭气瓶，待整套系统稳定10 min 后，开启下一组实验。实验结果为10 组实验数据的平均值。实验中用电子天平记录脱脂棉垫和吸水硅胶的质量增量Δm，作为衡量雾化效果的特征参数。

由超声雾化系统的工作原理可知，在本系统中，影响雾化效果的因素主要有3个：待测液体、雾化模块和空气流量，下面将逐个进行讨论。

待测液体部分主要包括液体的种类、液面高度和液体温度对雾化效果的影响。对于液体种类，本章仅研究纯水细水雾的相关特性，溶液种类和浓度对雾化效果的影响将在下一章进行讨论。通过对预混室的尺寸进行计算可知，在液体不淹没空气出口的情况下，预混室内最多可装液体1.099×10-3 m3，即装水1 099 g 为极限值。由于雾化模块上工具匙（小黑柱）的高度为25 mm，说明预混室内需装0.785 × 10-3 m3的液体才能完全没过雾化模块。因此，对于水来说，有效的装水范围为800～1 000 g。图2.19 为36 V 电压、6 块雾化模块同时工作，空气流量为40 L·min-1条件下，装水量分别为800 g、850 g、900 g、950 g和1 000 g时的Δm。

由图2.19 可知，在装水800～1 000 g 范围内，超声雾化细水雾系统的雾化效果并无明显差别。有文献指出：当液面高度处于超声波能量密度最大处附近时，超声空化作用最强；当液面高度超过超声波在液体中能量密度最大处时，超声空化作用减弱，液体的雾化作用急剧减小。本实验未出现水的雾化作用急剧减小的情况，说明实验所选的装液量未超过超声波能量密度最大处。因此，实验过程中，装液范围可以为800～1 000 g，为使实验结果更加准确，统一控制装液量为1 000 g。

表面化学理论认为，细水雾雾化效果与表面张力有密切关系，溶液的表面张力越低，雾化效果越好；反之，效果越差。而有实验结果表明，同种液体在浓度一定的条件下，表面张力系数仅与温度有关，说明液体的温度对雾化效果有一定的影响，这种影响是由表面张力的变化引起的。为研究水温对雾化效果的影响，实验时，关闭预混室的进出水口，不再使用水循环系统，通过改变雾化模块的工作时间来改变水的温度。在本组实验中，先让雾化模块工作一段时间后再打开流量计，通入携流空气。图2.20 为36 V 电压、6 块雾化模块同时工作，空气流量为40 L·min-1条件下，水温随雾化模块工作时间的变化。图2.21为应用表面张力仪测试的水的表面张力的实验值和理论值随温度的变化。图2.22 为36 V 电压、6 块雾化模块同时工作，空气流量为40 L·min-1条件下，雾化模块工作时间分别为300 s、600 s、900 s、1 200 s、1 500 s 时的Δm。

图2.19　不同液面高度的雾化效果

图2.20　水温随模块工作时间变化

图2.21　水的表面张力随温度变化

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图2.22　不同液温雾化效果

由图2.20～2.22 可知，雾化模块工作时自身发热对测试液体的温度有较大影响，并且水温随着工作时间的增加呈指数式增长，说明设置水循环系统对实验结果的可靠和稳定的重要性。表面张力仪测得的水的表面张力随时间的变化与理论值差别不大，略小于理论值，说明随着温度的增加，水的表面张力线性减小，对雾化效果来说则是越来越好。本节仅研究水温对雾化效果的影响，实际灭火实验中设计了水循环系统，消除了水温变化对雾化效果的影响。

雾化模块部分主要包括雾化模块的数量和稳压电源的电压对雾化效果的影响。图2.23 为36 V 电压、空气流量为40 L · min-1条件下，雾化模块工作数量分别为1 块、2 块、3 块、4 块、5 块和6 块时的Δm。图2.24 为6 块雾化模块同时工作，空气流量为40 L·min-1条件下，稳压电源电压分别为34 V、35 V、36 V、37 V、38 V时的Δm。

图2.23　不同雾化模块数的雾化效果

图2.24　不同工作电压的雾化效果

由图可知，增加雾化模块工作数量或提高雾化模块的工作电压均可提高雾化效果。工作的雾化模块每增加1 块，Δm 的变化约为0.35 g；工作电压每增加1 V，Δm 的变化约为0.73 g。因此，在灭火实验中，粗调细水雾浓度时，可以选择调节电压；细调细水雾浓度时，可选择调节工作的雾化模块数量。需要特别指出的是，根据雾化模块在预混室底部的布置情况，同样数量不同位置雾化模块在工作时的雾化效果略有不同，灭火实验中，为保证最好的雾化效果，正中间位置的雾化模块需一直保持工作状态。

图2.25 为36 V 电压、6 块雾化模块同时工作条件下，空气流量分别为20 L·min-1、30 L·min-1、40 L·min-1、50 L·min-1、60 L·min-1时的Δm。

图2.25　不同空气流量的雾化效果

由图2.25 可知，随着空气流量的增加，雾化效果变好，但在流量较高时，Δm 值增加的幅度不如低流量条件下的增加幅度，这是由于当空气流量增加时，气体流速较快，携流管道中气流扰动激烈，管路输运过程中的损失也在增加。从图上来看，40 L · min-1的空气流量条件基本是一个临界点，大于40 L·min-1时，增加流量所增强的雾化效果在与管路损失的竞争中逐渐失去优势，因此，本实验选择40 L·min-1的流量条件既保证了雾化效果，也尽量降低管路损失带来的影响。