(中国民用航空飞行学院 四川 广汉 618307)

细水雾灭火系统雾场特性测试方法研究

凤四海陆林

(中国民用航空飞行学院四川广汉618307)

细水雾以其绿色环保、灭火快、耗水少等优点成为哈龙灭火剂的合适替代品。本文总结了常见的细水雾雾场特性的测试方法，主要包括雾滴粒径及雾动量、雾化锥角、雾场强度，给细水雾研究者们提供了相关参考及建议。

细水雾；雾滴粒径；雾动量；雾化锥角；雾场强度

一、前言

由于哈龙灭火剂严重破坏地球上空25～40km处的臭氧层，长久以往会威胁人类生存，因此绿色环保的哈龙替代品成为世界范围内的新热点，如水喷淋、惰性气体及泡沫等技术的开发研究，细水雾以其无环境污染、灭火迅速、耗水量少、水渍污染少等特点，成为较为合适的哈龙替代品。细水雾灭火技术是利用某些特定方法将水流分解成细小雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火技术，雾化方法主要有撞击、气动、高压、离心及超声波等。对于防治高技术领域和重大工业危险源的特殊火灾、诸如计算机房火灾、航空航天器舱内火灾及电器火灾等，细水雾已经得到充分利用。

细水雾的灭火机理与其他灭火技术有着较大区别。以水为基础的灭火系统随水滴的体积平均直径Dv的下降,它的灭火起主导作用的机理和技术也完全不同，水喷淋灭火系统的灭火机理主要是通过直接冷却效应来达到扑灭火灾。细水雾除了表面冷却之外，还包汽化吸热、隔绝氧气、降低热辐射等灭火机理。已有研究表明，细水雾的灭火效果与其雾场特征有重要关系，其雾场特征参数主要包括雾滴粒径分布、雾动量、雾化锥角及雾场强度。本文主要研究了细水雾灭火系统四个雾场特性参数的测试方法。雾场强度也叫雾通量，决定了细水雾能够吸收的热量以及气化的多少；雾化锥角决定了细水雾液滴的空间分散范围；雾动量：细水雾液滴的动量大小决定了其运动距离以及对火焰的穿透能力；粒径分布通常用Dvf表示，细水雾滴径的空间分布在很大程度上决定了其吸收热量并气化的能力。

二、雾滴粒径分布及雾动量测试方法

(一)阴影法。采用通过激光系统和匀光器获得亮度均匀的视场，利用长焦距显微镜和相机获取焦平面处雾滴的图像，进而经过图像分析获得雾滴的粒径；同时，相机具有连续拍摄功能，通过两幅连续图像中雾滴的位移除去两幅图像拍摄间隔的时间，就可以获得雾滴的速度。

(二)LDV、APV法。如图1所示，APV/LDV光源为1W氩离子激光器，通过光分束分色器将光束分为3对平行的发射光。要实现三维速度测量，必须保证这3对发射光束的焦点能汇聚一点，形成一个椭圆的测量体。粒子通过该测量体时产生散射光，经接收器传送并进行光电信号转换，自动分析后实现三维速度和粒径的实时测量。

图1 LDV/APV法示意图

(三)PIV/PDA法。基本原理是在流场中撒布合适的示踪粒子，该示踪粒子均匀分布且跟随性、反光性良好、比重与流体相当。将激光器产生的光束经透镜散射后形成厚度约1mm的片光源入射到流场待测区域。CCD摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。利用示踪粒子对光的散射作用，记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像，形成两幅PTV底片。

PDA(phase Doppler anemometry)PIV(particle image Velocimetry)技术的特点是超出了单点测速技术(如LDV)的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。

(四)采样法。采样盘为直径75mm的培养皿，内装硅油，由于硅油不溶于水，密度略小于水，雾滴能长时间悬浮其中并保持球形。采样板为矩形有机玻璃板，中间有细长开口，其作用类似于照相机的快门，控制进入采样盘的雾滴数量。只要采样板移动速度合适，就能采集到足够的雾滴，且不使雾滴相互合并，雾滴稳定后即可用常规手段测量雾滴粒径，如图2。

图2 采样法示意图

三、雾场强度测试方法

美国防火协会(National Fire Protection Association)发布的细水雾防火系统国家标准NFPA750中采用的是量杯收集法.将量杯按照一定方位布置,在一段时间内收集细水雾,将收集的水量除以持续时间就可以计算出这段时间内的平均雾通量分布。

四、雾化锥角测试方法

(一)图像处理法。细水雾喷雾稳定时，采用图像摄取装置获取喷头稳定喷雾图片，为方便处理，往往将图片处理成黑白照片，将图片打印，沿喷雾外边缘线作延长线，所测得延长线的夹角即为雾化锥角。

(二)湿纸法。将细水雾喷头放置于地面上，使其水平喷射，在喷头下方垫一张报纸，喷头喷雾会打湿报纸形成扇形潮湿区域，喷雾稳定后，测量扇形夹角即为雾化锥角。

五、结论

本文总结了一些常见的细水雾雾场特性的测试方法，希望给后来的研究者们提供参考、启发。细水雾灭火系统的发展越来越快，对其雾场特性的研究方法也越来越多样，高精密度的仪器及创意十足的想法成为研究细水雾必不可少的条件。希望未来绿色环保的灭火系统会愈趋完善，人类生命财产、社会财富得到有效保障。

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项目资助来源：研究生创新项目《细水雾喷头流量特性系数对其喷雾特性的影响》，项目编号X2015-48