含钾盐添加剂细水雾的灭火原理及实例

实验步骤如下：分别调节转子流量计至燃料和空气的设定流量值，点燃CH4气体，稳定燃烧60 s 后通入细水雾，观察实验现象。用雾化模块工作的模块数和稳压电源电压改变细水雾在空气中的质量分数，每次进行灭火剂量的改变后，火焰须稳定燃烧60 s再进行下一次改变，直至火焰熄灭为止。

考虑超声雾化细水雾灭火系统对液体灭火剂浓度调整的不连续性，定义最小灭火浓度的上限值和下限值：以任意细水雾浓度值为起点进行灭火实验，若观察到的现象为灭火，则降低浓度进行实验，直至出现1 次未灭火；在此浓度值基础上调高一个浓度值，进行10 次灭火实验，结果为全部灭火，则此浓度值为该灭火剂的最小灭火浓度值上限。10 次实验中有1 次未灭火，则继续增加浓度值，直至10 次全部灭火，作为最小灭火浓度值上限。以任意浓度值进行灭火实验，观察到的现象为未灭火，则提高浓度进行实验，直至出现1次灭火，在此浓度值基础上下调一个浓度值进行10次灭火实验均未灭火，则此浓度值为该灭火剂的最小灭火浓度值下限。10次实验中有1次灭火，则继续降低浓度值，直至10次全部未灭火，作为最小灭火浓度值下限。

携流空气中不同细水雾含量与CH4 火焰相互作用典型实验结果如图2.26 所示。

图2.26　不同质量分数细水雾抑制熄灭CH4扩散火焰过程

由图2.26 可知，细水雾含量低于7%时，火焰下部颜色由正常燃烧时的蓝色变为橙黄色，上部由明亮的黄色也变为橙黄色，同时火焰横向变宽，纵向变高，并且火焰根部略微“抬离”燃烧杯口，即距离燃烧杯口所在平面的高度有所增加，火焰面曲率减小，总的来说，火焰较为稳定。继续增大携流空气中细水雾的质量分数，火焰的稳定性减弱，火焰根部距离燃烧杯口所在平面的高度进一步增加，火焰出现褶皱，伴随规律性的上下及内外震荡。当空气中细水雾含量大于11%时，火焰若隐若现，这时火焰根部最高可“抬离”燃烧杯口约10 mm 后回落到平均高度上，同时伴随着火焰向内紧缩，火焰根部仅为燃烧杯口横截面积的3/4。说明此时已经接近细水雾熄灭CH4携流扩散火焰的最小灭火浓度，此时细水雾含量每一个微小的变化都会导致“抬离”燃烧杯口的火焰不能回落到平均高度上，而迅速脱离燃烧杯，最终导致熄灭现象的发生。从细水雾抑制熄灭CH4火焰的典型动态过程来看，火焰熄灭过程属于典型的吹熄过程，火焰根部失稳是灭火的关键。

为验证杯式燃烧器的可靠性，在测定细水雾抑制熄灭CH4/空气携流扩散火焰的最小灭火浓度的同时，测试了惰性气体灭火剂N2和CO2的最小灭火浓度，并与其他研究人员的实验结论进行对比，结果见表2.5。

表2.5　不同灭火剂抑制熄灭CH4扩散火焰MEC　%(www.xing528.com)

由表2.5 可知，所选3 种灭火剂的最小灭火浓度测试结果与其他研究人员得到的结论基本一致。尤其是Cong和Fisher的实验结论与本装置的实测值差距极小，说明本套改进的细水雾灭火系统对于液体灭火剂最小灭火浓度的测试值是可靠的。细水雾的浓度处在最小灭火浓度上限与下限之间时，则会出现可灭可不灭的情况，与浓度值距离灭火上限与下限数值的远近有关。

细水雾抑制熄灭CH4携流扩散火焰的水雾密度与火焰熄灭时间的关系如图2.27所示。灭火时间的意义为：该时间对应的水雾密度距最小灭火浓度上下限的距离越近，则发生灭火的概率就越大，灭火时间越接近瞬间灭火的时间；距离越远，则发生灭火的概率就越小。

图2.27　水雾密度与火焰熄灭时间的关系

细水雾能够灭火是蒸发潜热、热容、稀释氧浓度和冷却燃料表面这4 个因素共同作用的结果。实验过程中，细水雾冷却燃料表面的作用是最小的，细水雾与惰性气体灭火剂的共同点是热容的吸热作用和稀释氧浓度的作用，但水的热容远大于惰性气体，吸热降温作用明显，这是细水雾灭火剂优于惰性气体灭火剂的原因之一。其次，细水雾与惰性气体相比，差别最大的就是蒸发潜热，水在蒸发过程中能够吸收大量的热，使火焰温度迅速下降，并且水的蒸发潜热的变化随流量的变化较大，热容随流量的变化不明显。

图2.27中出现了某些细水雾浓度下的灭火时间接近60 s的情况，由Cupburner 的火焰结构特点表明，细水雾液滴是受到火焰的卷吸作用而向火焰面运动的。在液滴实际运动过程中，受到流场的变化、空气阻力和液滴自身重力等因素的影响，部分液滴不能被火焰卷吸进入火焰反应区，实际上与火焰“擦身而过”，因此，水雾密度在临界点附近时，可能出现仅有某一时刻的水雾密度达到灭火浓度而灭火的情况。