(中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 四川 德陽 618000)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)霧化機(jī)理研究

鳳四海陸林

(中國(guó)民用航空飛行學(xué)院四川德陽618000)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，消防安全需求與日俱增。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)憑借綠色環(huán)保、耗水量低等特點(diǎn)展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文研究了常見細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的霧化機(jī)理及其優(yōu)缺點(diǎn)，并為消防安全性能化設(shè)計(jì)提供一些建議，希望對(duì)后續(xù)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)霧化機(jī)理的研究提供一些思路。

細(xì)水霧；壓力霧化；離心霧化；雙流體霧化；超聲波霧化

一、前言

隨著科技經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)際社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來越高。曾經(jīng)在消防領(lǐng)域廣泛得到應(yīng)用的鹵代烷滅火劑,以Halon為代表，雖然Halon滅火劑在滅火效率、抑火防爆等方面性能優(yōu)異，但是因?yàn)槠鋵?duì)臭氧層有強(qiáng)烈連續(xù)破壞作用，1987年，聯(lián)合國(guó)通過保護(hù)大氣臭氧層的《蒙特利爾協(xié)議》,正式明文規(guī)定禁止生產(chǎn)和使用哈龍滅火劑。因此，尋找Halon替代滅火劑、滅火系統(tǒng)成為消防界新熱點(diǎn)，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以其綠色環(huán)保、滅火降溫效率高、用水量小、水漬污染低等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，成為了Halon的主流替代產(chǎn)品，獲得了蓬勃發(fā)展。為了使細(xì)水霧霧場(chǎng)特性更加適用于不同滅火場(chǎng)景，細(xì)水霧的產(chǎn)生方式也越來越豐富多樣。

二、常見細(xì)水霧滅火系統(tǒng)霧化機(jī)理

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)發(fā)展至今，根據(jù)其霧化機(jī)理可大致分為傳統(tǒng)霧化和非傳統(tǒng)霧化。傳統(tǒng)霧化方式彼此之間的不同主要與噴頭結(jié)構(gòu)有關(guān)，利用噴頭內(nèi)外部構(gòu)造、工作條件的不同來獲得霧場(chǎng)特性不同的細(xì)水霧。傳統(tǒng)霧化主要有壓力霧化、離心霧化、雙流體霧化等。非傳統(tǒng)霧化方式則是利用一些新興科技的發(fā)展，往往可以獲得比傳統(tǒng)霧化方式更為優(yōu)異的霧場(chǎng)特性，如霧滴粒徑更小、霧場(chǎng)更均勻等，非傳統(tǒng)霧化主要有超聲波霧化、靜電霧化等。

1.傳統(tǒng)霧化

(1)壓力霧化

通過對(duì)管道內(nèi)流體的加壓，壓力細(xì)水霧噴嘴開啟后將流體的壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動(dòng)能，以形成高速運(yùn)動(dòng)的液柱射流或液膜射流，通過高速流體自身的擾動(dòng)作用以及與流體周圍低速的氣體介質(zhì)相遇，液膜或液柱在破碎力與反破碎力作用下破碎，最后完成霧化。流體的壓力勢(shì)能是該類霧化方式的主要能量來源，為了獲得更高的噴射速度以獲得更細(xì)更均勻的霧滴，往往需要很高的流體壓力。目前大多數(shù)行業(yè)所用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)大多采用這種霧化方式。此類細(xì)水霧噴嘴噴口直徑一般為2～4mm，直徑過小容易堵塞，直徑過大霧化程度較差。噴嘴的霧化錐角一般在5～15°之間，且霧滴主要分布在噴嘴軸線附近較窄的范圍內(nèi)。

(2)離心霧化

離心霧化是基于壓力霧化做出的改進(jìn)，其原理在于離心式噴嘴內(nèi)部具有旋流室，旋流室多為螺旋槽，流體在噴嘴內(nèi)部時(shí)紊流狀態(tài)加劇，在壓力作用下液體噴出，一邊旋轉(zhuǎn)一邊向下作螺旋運(yùn)動(dòng)，液體被切割成較薄的液膜，液體以一定速度噴出噴嘴后，液膜破裂成絲狀或帶狀，與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)加劇，越遠(yuǎn)離噴嘴，液膜則越薄，最后分裂成小液滴。若液體在旋流室內(nèi)已經(jīng)充分紊流，甚至可以離開噴口就已霧化。此類霧化方式包含離心霧化和壓力霧化的相互作用，旋流室的設(shè)計(jì)是決定霧化性能的關(guān)鍵，霧化錐角一般為60～120°，具有霧化充分的優(yōu)點(diǎn),但是霧動(dòng)量不大,而且大多數(shù)噴霧為空心錐角。

(3)雙流體霧化

雙流體霧化又叫兩相流霧化，雙流體霧化噴嘴借助空氣或惰性氣體等流體霧化介質(zhì)與液體相同軸向或垂直方向進(jìn)行高速射流，高速氣流直接作用于相對(duì)低速的液體表面，相對(duì)較大的速度差使液體表面被高速氣流不停相互沖擊、摩擦、切割，破碎成液片和大顆粒液滴，之后高速氣流繼續(xù)作用，液片和大顆粒液滴再碎裂霧化為細(xì)小的液滴。此類噴嘴常由中心圓柱形液體噴嘴與外層環(huán)形縫隙氣體噴嘴組成，具有霧化均勻、充分的優(yōu)點(diǎn),但是由于耗氣量太大,需要增加壓縮氣體泵，成本也隨之增高。

2.非傳統(tǒng)霧化

(1)靜電霧化

靜電霧化是利用了液滴荷電量趨近或達(dá)到Rayleigh極限時(shí)，液滴破碎成細(xì)小液滴的現(xiàn)象。其基本原理為：液體的霧化需要克服表面張力和粘性阻力的作用。正常情況下，噴嘴末端處的液滴處于受力相對(duì)平衡的狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生破碎。如果對(duì)該液滴施加高壓強(qiáng)電場(chǎng)，液體則會(huì)附帶一定量同性電荷，同性電荷之間的相互排斥作用導(dǎo)致液滴受力平衡狀態(tài)逐漸不穩(wěn)定，內(nèi)外壓力差變大且表面張力降低。當(dāng)荷電量接近瑞利極限時(shí)，液滴受力平衡狀態(tài)被打破，破碎成為帶電液滴。

(2)超聲波霧化

超聲波霧化利用了聲音的振動(dòng)屬性。當(dāng)由聲源發(fā)出的高頻率、高振幅的超聲波傳播到液面時(shí),由于空氣振動(dòng)產(chǎn)生網(wǎng)狀波,使液面隨之振動(dòng)并出現(xiàn)波峰波谷，如果超聲波振動(dòng)加劇,高振頻率氣流具有的強(qiáng)烈紊流脈動(dòng)將波峰處液膜扯斷，則會(huì)有小液滴飛起,飛出的液滴又被超聲波振動(dòng)而進(jìn)一步霧化。

超聲波霧化與靜電霧化都具有霧化細(xì)度極高、霧化均勻的特點(diǎn)，但由于其霧動(dòng)量往往不足，因此在消防領(lǐng)域應(yīng)用較少，但依然可以在某些特定場(chǎng)合大展身手，如醫(yī)療設(shè)備、燃油發(fā)動(dòng)機(jī)等。

三、結(jié)束語

社會(huì)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展帶來消防安全的需求與日俱增，綠色環(huán)保滅火劑也已成為消防行業(yè)新研究熱點(diǎn)，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以其綠色環(huán)保、滅火性能優(yōu)異、耗水量少、水漬污染低且適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。不同霧化方式的細(xì)水霧有其不同適用場(chǎng)景，在滅火系統(tǒng)性能化設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際滅火場(chǎng)景需求、火災(zāi)預(yù)計(jì)載荷選擇合適的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

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項(xiàng)目資助來源：2015年民航安全能力建設(shè)資金項(xiàng)目《飛機(jī)庫高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)適用規(guī)范研究》