灭火泡沫相变传热模型与机理分析研究

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泡沫灭火剂是扑救油类火灾的重要手段,其灭火性能与人民生命财产安全的关系十分密切,所以对泡沫灭火剂性能的研究显然具有重大意义。目前,针对泡沫灭火剂性能进行的实验研究工作较为丰富,实验对象包括气液两相泡沫与气液固三相泡沫,实验研究内容涵盖灭火泡沫的发泡性能、流动性、静置稳定性、热稳定性和隔热性能等方面。但针对灭火泡沫传热提出的数值模型目前鲜有报道。本文首先对泡沫灭火剂的分类和研究现状进行了分析总结,然后把针对固态闭孔泡沫传热提出的研究思路引入到对气液泡沫传热问题的分析中,同时考虑到气液泡沫传热区别于固体泡沫传热的蒸发相变现象和吸热膨胀现象,忽略了细微的泡沫腔体内部对流传热的影响,利用Stefan边界条件把气液两相泡沫的蒸发问题视为移动边界的几何问题,从而构建起气液两相泡沫的导热-热辐射-蒸发传热模型。而后,在气液两相泡沫传热模型的基础上考虑纳米颗粒弥散对灭火泡沫热物性参数的影响以及模型整体传热机理的改变作用,从而将气液两相泡沫传热模型拓展为气液固三相泡沫的导热-热辐射-蒸发传热模型。经过研究发现:初始气相体积分数越大、顶部加热温度越高则两种泡沫层的热稳定性与隔热性能越弱,而泡沫层的初始高度对于泡沫层的热稳定性没有影响;对于三相泡沫,较多的纳米粒子含量和较小的纳米粒子直径有利于提高泡沫层的热稳定性与隔热性能。
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