数据采集系统 数据采集系统由烟气成分采集系统和温度变化采集系统组成。烟气成分采集系统包括M-9000型燃烧分析仪、计算机和数据接收软件;温度变化采集系统包括USB温度采集仪和热电偶。
火焰温度分布情况采用热电偶来测定。将5根热电偶固定到热电偶树上在距离油盘的上表面中心0.05m处布置一个热电偶并沿着表面中心线向上每隔0.10m布置一个热电偶各个热电偶依次编为1、2、3、4、5号。这些热电偶主要是用来观察细水雾施加前后火焰温度分布及其变化情况对不同实验条件下细水雾的灭火效果进行比较。热电偶接在USB温度采集仪上温度采集仪每隔1秒采集一次数据通过数据线连接到计算机自动记录温度。
气体成分及浓度测定采用M-9000型燃烧分析仪它是一种小型便携、快速分析、测量烟气成份的新型分析仪器可同时测量排烟温度、烟气中的氧(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、微压(⊿P)等参数计算二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、空气过剩系数(α)、α=1时的一氧化碳值(CO′)、燃烧效率(η)并具有计算机通讯口(RS232),可实现与计算机的通讯联网。
LS-2000系列分体式激光雾化液滴粒度分析仪是在颗粒测量技术研究及激光颗粒仪研制的基础上研制的一种新型激光雾化液滴粒度分析仪。它是基于激光颗粒前向散射原理。当一束激光束照射到被测液滴时受液滴的散射作用激光会向四面八方散射其中大部分散射光能量处于前向方向。根据光散射理论及反演算法对测得的散射光能分布数据进行处理就可以得到被测液滴的粒度分布。
燃料试样选用煤油。燃料用直径为0.30m、深度为0.025m的油盘盛装每次所用的燃料试样均为750ml油盘位于喷头正下方。细水雾喷头距液体面高2.8m垂直向下。铠装热电偶沿试样中心线布置间距均为10cm用收集法测量了细水雾的耗水量2.894L/min(在压力为1.8MPa时)实验时环境温度10 ℃。
在做实验之前首先依次检查电路、管路的连接状况和实验设备的工况以确保仪器正常运转;向油池倒入少量酒精然后点燃油池火经过大约50s的预燃时间油池火达到稳定燃烧阶段后热电偶温度达到700 ℃开始释放细水雾。火焰熄灭后关闭阀门打开排烟通道。等待25min左右即受限空间内空气恢复原始工况后再开始第二次实验这期间整理相关实验记录做好存储以便分析。在实验后重新点燃了燃烧池中的剩余燃料以便确认池火确实是被细水雾抑制熄灭的而不是燃料烧完而致使火熄灭的。实验时通过改变产生细水雾的压力和喷头型号研究细水雾抑制熄灭煤油池火的结果。重复上述实验步骤最后对采集的实验数据进行处理做出曲线图对实验结果进行分析。
灭火时间是实验中十分关键的一个参数。因为灭火时间的长短直接反映了细水雾灭火效率以及其有效性同时间接地反映着细水雾与火焰相互作用的机理。在本实验中是通过秒表纪录不同工况下细水雾的灭火时间也可用序列摄像照片来进行验证以得到不同工况条件对灭火效率的影响。同时分析热电偶的温度变化曲线根据细水雾施加的位置、火焰熄灭瞬间的位置即由其横坐标值即可确定火焰熄灭时间。
(1)在房顶中心所处的垂线位置固定细水雾喷头并确保喷头与油盆之间的距离Lp可调(由于实验室喷头位置固定可以用垫高油盆的方法来解决)。油盆放在房间的地面上以喷头位置为基点油盆相对喷头的坐标可用喷头高度Lp和径向距离R表示。
(2)实验采用煤油作为燃烧物质。燃烧模型由圆形油盆内放入煤油构成。油盆材料为钢板直径为300 mm壁厚为2.0~3.0 mm深度不小于200 mm油层厚度约为30 mm。
(3)在油盆正上方距离地面150 mm高度处布置了1号热电偶然后沿竖直方向以150 mm为间隔连续布置了3个热电偶(从下到上分别是热电偶2至热电偶4)。这些热电偶间距可调(可根据需要增加或减少热电偶的数量)固定在一个可移动的支架上。当改变油盆位置时该支架随之移动以确保这4个热电偶始终处于油盆正上方。
(4)在每次实验中首先启动温度采集系统接着将油盆点燃当距离油盆150 mm的1号热电偶温度读数到500 ℃时释放细水雾进行灭火。实验在扑灭火焰后继续喷雾10 s来降温、降尘然后停止喷雾并排烟、通风。如果细水雾喷雾时间超过60 s仍然无法扑灭火焰结束喷雾打开门窗和排烟风机通风人工扑灭残余火焰。
细水雾的释放能明显改变火羽流的流动同时影响火焰结构。在大量的灭火实验后通过观察和实验数据可以将细水雾的灭火过程分为3个阶段:初始不稳定阶段突然的冷却阶段逐渐冷却阶段。如图3-2所示
在初始不稳定阶段细水雾刚刚喷出进入火羽流的上部冷却羽流所以高处的热电偶测得的温度有明显的下降其他热电偶温度没有太大影响此时火焰蒸发掉大多数的水雾少量的粒径大的水雾可以穿过进入火羽流中心。火羽流在细水雾的作用下剧烈晃动甚至会拉伸火焰这个阶段一般维持在3-6秒细水雾流量或雾通量越大压力越大一般这个阶段就比较短。之后细水雾的持续喷射将火焰高度压低。若细水雾压力低流量小而灭火失败这个时期就比较长。
在突然冷却阶段火焰高度温度大幅度降低。这是由于细水雾大量进入火焰中心甚至能落入油面降低油温使油的热解速度降低燃料不足火焰难以维持同时蒸发细水雾变成水蒸气稀释了火焰周围的空气可燃气体与氧气浓度降低细水雾覆盖了整个火焰火焰周围的温度也大幅度降低这些都有利于灭火。火焰通常在7~20秒内熄灭。
在逐渐冷却阶段受限空间内的温度逐渐回落恢复到初始温度。
