火災現場空氣污染物削減的荷電細水霧方法和機理研究

《火災現場空氣污染物削減的荷電細水霧方法和機理研究》是依託北京航空航天大學，由楊立軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：火災現場空氣污染物削減的荷電細水霧方法和機理研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：楊立軍
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目針對火災現場空氣污染物治理問題提出了荷電細水霧削減方法，擬採用數值模擬手段研究火災現場氣體污染物、荷電水霧滴、碳黑顆粒運動軌跡和濃度分布等參數。開展細水霧、荷電細水霧性能參數與結構參數關係的實驗研究工作並研製相應的實驗裝置。進行火災、噴入細水霧、噴入荷電細水霧三種條件下性能參數對氣體污染物抑制和削減碳黑顆粒的實驗研究，採用自行研製的火焰離子濃度感測器和多波長火焰測量感測器測量瞬態火焰離子濃度、火焰特徵波長，測量火場中一氧化碳、氮氧化物等氣體濃度和碳黑顆粒濃度、粒徑分布、顆粒形狀。分析氣體濃度、碳黑顆粒參數與荷電細水霧性能參數之間的關係，結合火焰離子濃度、火焰特徵波長等微觀信息和數值模擬結果，研究荷電細水霧性能參數對火災現場空氣污染物削減效果的影響規律，探索荷電細水霧對氣體污染物抑制和削減碳黑顆粒的機理，為火災條件下保護人民生命健康和空氣環境提供新思路。

結題摘要

本項目針對火災現場空氣污染物消減問題提出了荷電細水霧方法，採用理論分析、數值模擬和實驗研究手段對荷電細水霧的產生、荷電液滴與火焰的作用以及滅火機理進行了研究。針對細水霧和荷電細水霧的產生機制，研究了非牛頓流體帶電圓柱射流和液膜的線性穩定性，推導了徑向電場作用下三參數流變模型粘彈性液體圓柱射流和平面液膜不穩定性的色散方程，重點分析電歐拉數、流變參數等對擾動最大增長率及所對應波數的影響規律，獲得了電場作用下粘彈性液體圓柱射流和平面液膜的破裂機理及規律。對所研製的細水霧噴嘴的內部流場進行數值模擬，研究了其流量特性、汽液體積分數、速度分布、壓力分布、噴霧錐角等一系列參數，深化了對細水霧噴嘴內部流場規律的認識。對細水霧的生成及滅火過程進行了數值模擬，對火災火場污染物產生機理及運動軌跡，細水霧與火焰相互作用機理等問題進行了模擬研究。 其次建立了細水霧滅火系統的原理樣機及實驗系統，對樣機中關鍵部件超細水霧滅火噴頭開展了詳細的研究工作。提出了理論計算與數值模擬相結合的設計方法，通過冷態霧化實驗初步驗證了噴頭的設計結果。利用原理樣機開展了不同參數細水霧噴頭的模型滅火實驗工作，得到了噴頭流量、噴射壓力、噴嘴距油麵距離、油盤功率和通風條件等參數對滅火時間的影響規律，總結出了滅火時間的經驗公式，並提出了細水霧熄滅油盤火的主導機理為燃料近表面區域稀釋效應的觀點。 研製開發了單液滴荷電激發實驗台、本生燈型火焰燃燒器、火焰離子濃度感測器以及單液滴電荷量測量裝置。通過高速攝影對單個荷電液滴產生過程進行研究，測量了單個液滴的荷電量。 最後研究帶電液滴（水）作用於預混火焰（甲烷/空氣）後，帶電陰陽離子與火焰（甲烷/空氣預混）中燃燒自由基帶電離子相互作用過程與和不帶電液滴與火焰的相互作用進行對比 ，探索了荷電液滴對火焰的相互作用機理。