含钾盐添加剂细水雾的灭火特性实验结果

实验用B 类火模型的燃料分别选择乙醇、正庚烷、0#柴油和92#汽油，其基本理化特征见表6.6。

表6.6　B类火模型燃料基本理化特征

由于柴油的燃点较高，无法直接用点火器引燃，采用直径为30 cm 的大油盘置于直径为20 cm 的小油盘之下，加入适量正庚烷以引燃的方式点燃，由于加入了大油盘及支架，因此在柴油火实验中应适量降低实验台的高度，保证小油盘距喷头1 m的位置。柴油火引燃装置简图如图6.6所示。

图6.6　柴油火引燃装置简图

（a）装置简图；（b）实际引燃效果

4种燃料在未施加细水雾正常燃烧时的状态如图6.7所示。

图6.7　4种燃料正常燃烧

（a）正庚烷；（b）乙醇；（c）汽油；（d）柴油

由图中可以看出正庚烷、汽油和柴油在燃烧过程中具有明亮的火焰，而乙醇火焰的明亮程度不及另外3 种燃料。在火焰充分发展阶段，相比于乙醇火焰，正庚烷、汽油和柴油火焰规模明显较大并且火焰高度更高。汽油和柴油燃料燃烧时均产生了较浓的黑烟，这是燃料燃烧不完全导致的。黑烟的主要成分包括未经燃烧的油雾、碳粒、一些高沸点的杂环和芳烃物质。其中柴油燃烧时形成的黑烟最浓，汽油次之，正庚烷燃烧生成的烟雾相对较小。

热电偶及无纸记录仪记录的4 种燃料正常燃烧过程中的温度变化如图6.8 所示。

图6.8　4种燃料正常燃烧的时间-温度曲线

（a）正庚烷；（b）乙醇；（c）汽油；（d）柴油(www.xing528.com)

由曲线可以看出，正庚烷、乙醇和汽油在正常燃烧时油面温度大致相同，为100 ℃左右，而柴油温度稍高，约300 ℃。从火焰温度来看，正庚烷和柴油最高，可达约700 ℃，且火场温度分布较为均匀。乙醇与汽油火焰温度较低，约为550 ℃，火场温度分布差异较大。根据温度曲线，选择各燃料温度相对稳定阶段开始施加细水雾，对于正庚烷、乙醇和汽油，预燃时间为120 s，柴油预燃时间为150 s。

电子天平记录的4 种燃料正常燃烧过程中的质量损失即不同燃料的燃烧速率曲线如图6.9所示。

图6.9　4种燃料正常燃烧的时间-燃料质量曲线

（a）正庚烷；（b）乙醇；（c）汽油；（d）柴油

由图中R2值可知，4 种燃料的时间-燃料质量曲线拟合度较高，应用拟合曲线计算任意时刻燃料燃烧速率具有一定的可信度。另外，从直线的斜率来看，4 种燃料正常燃烧过程中的燃烧速率差异不大，正庚烷略大，乙醇和柴油次之，汽油最小。

火源热释放速率与燃料燃烧热之间的经验关系式为：

方程（6.26）中η 为燃料的燃烧效率，一般取0.7；A 为实验油盘面积。将由图6.10 中拟合直线的斜率求得的mf 代入方程（6.26），并将所得QC 值带入方程（6.20），得到4 种燃料的火源热释放速率和火羽流最大向上流速列于表6.7。

本实验中，喷嘴距燃料表面的距离和火源规模保持不变，由方程（6.21）及方程（6.22）可知，液滴大小取决于工作压力，并得到在不同压力下细水雾液滴的粒径大小和速度的关系，见表6.8。

表6.7　4种燃料的火源热释放速率和火羽流最大向上流速

表6.8　液滴速度随压力变化表

无蒸发条件下的液滴竖直向下运动速率随压力和粒径的增大而增大。当细水雾粒径大于200 μm 并且工作压力大于等于0.4 MPa 时，对于4 种火源的任意一种，液滴向下的速率大于火羽流最大向上的流速，因此，更多的细水雾可以穿透火羽到达燃料表面进行冷却灭火。由表6.2，本实验中的两种细水雾喷头在不同压力下的粒径均大于200 μm，在理论上对4 种火灾模型都可以实现冷却燃料表面的主导机理。