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细水雾灭火系统以其环保、高效,灭火迅速、用水量少、成本低廉以及灭火过程的破坏性小等优点被广泛研究并应用于多种场合。普通的纯水细水雾灭火系统仅发挥其物理灭火作用,灭火效率低,应用存在局限性。因此,发展含添加剂细水雾已成为了火灾科学研究领域的热点之一。含添加剂细水雾灭火机理复杂,影响灭火有效性的因素众多,迄今为止,对含添加剂细水雾灭火系统的设计与评价还没有一般性的原则或统一的标准,采用的方法还是依据相应的灭火实验,这样势必造成评价过程中标准的不统一,影响评价结果,也不利于含添加剂细水雾的推广应用。为此,本文重点研究含添加剂细水雾有效性影响因素及灭火机理,主要研究内容和成果如下:(1)在分析和比较不同类别的小型气相火焰实验系统的基础上,自主设计了细水雾与CH4扩散火焰相互作用的Cup-burner灭火实验系统,并对Cup-burner的火焰特征及与纯水细水雾相互作用进行了功能性验证和数值模拟研究,为研究含钾盐添加剂细水雾的灭火有效性提供实验数据及理论指导。(2)用Cup-burner灭火系统对含草酸钾(K2C2O4)、醋酸钾(CH3COOK)、硝酸钾(KNO3)、氯化钾(KCl)、碳酸钾(K2CO3)和磷酸二氢钾(KH2PO4)六种钾盐添加剂细水雾的最小灭火浓度进行测试,通过与纯水细水雾实验数据的比较,发现灭火有效性排序为K2C2O4≈CH3COOK≈K2CO3≈KNO3>KCl>KH2PO4>纯水,证明含钾盐添加剂细水雾具有化学灭火效能,并依据CH4火焰中的能量平衡建立模型,量化了不同添加剂细水雾化学灭火作用效果。(3)应用实验和数值计算的方法从化学热力学的角度论述了钾盐添加剂具有化学灭火效能的灭火活性关键组分为气态KOH。研究发现,水蒸气在高温环境下对K2CO3、KNO3和KCl具有一定的活化作用,与水蒸气可以发生水解反应生成气态KOH,并且在平衡产物中气态KOH的量的排序为:K2CO3>KNO3>KCl。对影响含钾盐添加剂细水雾推广应用的因素进行综合分析,并分为决定性因素、竞争性因素和应用性因素三大类。(4)应用大型气相动力学软件包CHEMKIN中的PSR模型进行模拟计算,发现气态KOH对燃烧过程的影响主要是通过控制燃烧过程中含OH基的关键基元反应,捕获火焰中的OH自由基达到抑制效果,并且CH4火焰中的气态KOH浓度越高,对火焰的抑制越强。基于PSR模型中间产物产率分析可以得到气态KOH抑制CH4燃烧反应的主要路径,并且KOH浓度的增加不会改变反应机理。环境温度、湿度和大气压力对气态KOH的最小灭火浓度具有一定的影响。PSR模型计算表明,气态KOH的最小灭火浓度随环境温度和大气压强的增加而增加,但增加的趋势不一致。气态KOH的最小灭火浓度随相对湿度的增加而降低,并且湿度对最小灭火浓度的影响强于温度的影响。(5)依据含钾盐添加剂细水雾灭火有效性影响因素及机理,应用自主研发的全尺寸细水雾灭火系统对含钾盐添加剂细水雾扑灭B类火和F类火的有效性进行了实验研究并对其实际应用的可行性进行了探讨。研究发现,含钾盐添加剂细水雾扑灭B类火的有效性排序为KNO3≈K2CO3>KCl>KH2PO4>纯水;扑灭F类火的有效性排序为K2C2O4>KNO3>CH3COOK>KCl>KH2PO4>NH4H2PO4>纯水。在食用油起火后油品冷却问题的研究中,发现在相同细水雾流量条件下,添加剂的存在从增加离子的水合力和增大液滴粒径两方面降低了水的蒸发量,不利于油的冷却降温。但是,由于降低了油中水的质量,含添加剂细水雾可以较好地抑制了沸溢层的向上扩展,降低了灭火后大量油品溢出油盘造成二次伤害的风险。研究表明,具有潜在应用价值的扑灭F类火的细水雾添加剂应具有灭火效率高、冷却效果好并且可以有效抑制油品飞溅的特点。