含钾盐添加剂细水雾灭火机理与实例

第4 章的研究表明，不同钾盐添加剂对火焰发挥抑制作用的关键组分为气态KOH，钾盐添加剂化学灭火效能的优劣与火焰中气态KOH 的浓度有关，不同钾盐添加剂在火焰中形成气态KOH 的量对于添加剂的选择具有重要意义。另外，对于钾盐类添加剂的选型来说，气态KOH 如何与火焰自由基发生相互作用同样十分重要。本章将通过数值模拟的方法对气态KOH 与CH4/空气火焰自由基相互作用过程进行深入的研究。

对Cup-burner实验进行有效建模的目的是解决不同实验条件下灭火剂最小灭火浓度一致性的问题，以及对不同种类灭火剂抑制燃烧过程主要机理的深度研究，减少成本较高的实体实验量，设计出有效性更好的灭火剂。国内外的研究人员设计了多种模型来计算一些灭火剂的最小灭火浓度。现象学模型假设任意灭火剂熄灭Cup-burner火焰时的绝热火焰温度是一致的。在此条件下，忽略惰性气体灭火剂的加入所引起反应物浓度变化，可以得到惰性气体灭火剂的最小灭火浓度与灭火剂热容和燃料性质的一般关系。一维活化能渐进模型可以粗略计算灭火剂的热作用和化学作用对火焰结构的影响。另外，通过建立预混或非预混火焰模型并用数值模拟的方法也可以确定灭火剂的最小灭火浓度。但是，上述模型中，无论是预混或是非预混火焰，计算灭火条件所依据的是火焰形态的变化，模型烦琐，数值计算过程耗时耗力，即计算灭火剂的最小灭火浓度是在较高的计算成本条件下进行的，不利于推广和应用。

本章的目的是建立一个能够量化不同灭火剂最小灭火浓度的简化模型。模型建立的假设条件为不同流体经过Cup-burner时的动力学内在相似性。这种相似性体现在不同流体流入和流出Cup-burner时，气态介质的输运性质没有发生根本的变化，即不同流体的雷诺数（Reynolds number）、施密特数（Schmidt number）和李维斯数（Lewis number）基本不变。因此，Cup-burn⁃er 的反应区域可以认为是一个完全混合搅拌器（Perfectly Stirred Reactor，PSR）模型。PSR 为典型的理想燃烧过程，流体在输运和混合过程中的变化基本可以忽略，反应状态取决于PSR 内化学反应时间和流体有效停留时间的竞争关系。Liu 应用PSR 模型计算了几种惰性气体灭火剂的最小灭火浓度，并得到了环境温度、湿度及大气压力等实验中不容易控制的参数对最小灭火浓度的影响。Zhang在Liu研究的基础上，在PSR模型中加入哈龙灭火剂的反应机理，计算结果与实验结果基本吻合，说明PSR模型在已知化学反应机理的前提下研究化学类灭火剂动力学机理的可行性。(www.xing528.com)

在之前的研究中，仅用PSR 模型预测了惰性气体灭火剂及哈龙灭火剂的最小灭火浓度，对于钾盐添加剂细水雾类的化学灭火剂，对火焰中气态KOH的最小灭火浓度及灭火机理的动力学研究较少。本章中，应用PSR 模型钾盐添加剂细水雾与CH4/空气Cup-burner实验进行有效建模，应用大型气相动力学软件CHEMKIN计算气态KOH 的最小灭火浓度并根据结果推测钾盐添加剂可能的抑制火焰化学反应机理。