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摘要：细水雾喷头旋芯对喷头雾化效果有重要影响，研究细水雾喷头在不同旋流通道、通道角度、通道尺寸等条件下，细水雾的雾化效果。测试不同细水雾喷头灭火效果，分析雾化参数对灭火效果影响，总结归纳数据和经验，优化设计出适合我国国情的、能够在消防工程中推广应用的细水雾喷嘴。
关键词：细水雾;新型喷嘴;雾化效果;灭火效果
火灾是严重危害人类生命财产安全、阻碍经济发展、影响社会稳定的常见灾害之一，具有破坏性强、施救困难、影响恶劣等特点.细水雾灭火系统技术的优点在于对于環境无污染、灭火快速、用水少、水渍损失小，可以用来扑灭A、B、E类火灾，因此细水雾灭火系统技术现在越来越被消防领域的人们所关注。细水雾良好的雾化特性既能保证用最少的水快速有效地扑灭火灾，同时对保护对象不产生任何水渍影响。细水雾灭火喷嘴的设计与选择需要综合考虑灭火有效性及经济性，因此有必要对喷嘴的雾化机理以及影响雾化效果的各种因素进行理论分析和实验研究，从而积累相关的经验和数据，为喷嘴的研制提供帮助。细水雾喷嘴雾化性能的好坏对其灭火效果和对保护对象的影响起着决定性的作用。良好的雾化特性既能保证用最少的水快速有效地扑灭火灾，同时对保护对象不产生任何水渍影响。因此研制新型细水雾喷嘴，强化雾化效果、提高水雾的雾动量，对提高细水雾系统灭火具有重要意义。本文围绕着提高优化细水雾灭火效果及应用开展研究，结构上，通过优化细水雾关键部件喷头的雾化器提高雾化效果来提高灭火效果。
一、实验装置
细水雾灭火试验在辽宁省飞机火爆防控实验室进行，水泵设计压力0-20MPa，在火源上方布置7个热电偶，布置间距100mm，编号为1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号用于测量火源区温度并通过温度采集仪记录。雾滴粒径采用激光粒径仪测量，火源采用0号柴油作为火源。细水雾喷头为7孔的喷头，侧面等分分布有6个与底面成45度的喷嘴，底面中心轴向有一个喷嘴。
二、结果分析与讨论
（一）细水雾雾化实验
细水雾工作压力采用8MPa，启动水泵施加细水雾，采用激光粒径仪测量细水雾雾滴粒径，雾滴粒径用Dv0.9表示，初步筛选出10种粒径数据较为理想的喷嘴，如表1.1所示
1.1 细水雾喷头雾化效果
从表1.1可知，随着喷嘴旋芯角度增加雾滴粒径呈现先减小后增大的趋势，喷嘴口径为0.8mm时雾化效果较差。4槽喷头的雾化效果明显好于2槽喷头。因为在喷头其他设计参数相同情况下，增加喷头导流槽数量可以增加细水雾喷头内部水流的的相互撞击的概率，提高了雾化效果。导流槽为60°的喷头雾化性能相对于45°、30°喷头而言雾化效果较差。60°导流槽主要强化了切向雾化效果会造成喷嘴内部水雾动能的损耗加剧，导致水雾轴向速度降低，根据韦伯雾化理论，旋流速度小，不利于雾化，所以60°喷嘴雾化效果不理想。而0°旋芯由于缺少离心雾化作用所以水基本呈现直流喷水状态，没有雾化作用。
（二）细水雾灭火实验
细水雾喷头采用30°、45°和60三种旋芯角度，旋芯为4条导流槽，组成7喷嘴喷头，中心小喷头与周向六个小喷头采用的旋芯结构及喷孔直径的参数一致。喷头距地面2.7m在油盘内，倒入400ml柴油作为燃烧物，20ml汽油作为引燃物，点燃一分钟使其充分燃烧后，打开水泵开启喷头;采用热成像仪及其系统记录火焰燃烧及扑灭过程，并记录灭火时间，如下图1.2和表1.3所示。
由上图可知，在施加细水雾瞬间主要通过火焰拉伸作用压制火焰，使火焰燃烧形态由垂直燃烧状态变为水平燃烧状态，但是由于火焰的主体仍然在油盘表面，所以不能瞬间熄灭火焰。随着细水雾的连续施加，在细水雾的扰动下，火焰在水平方向紊流程度进一步增强，不连续区域逐渐减小，火焰形态越来越小，同时，细水雾不断吸热汽化冷却燃油表面温度，降低可燃油气的汽化量，逐步切断向燃烧区燃料的供给，当油盘表面区域温度降到65℃时，燃烧放热量不足以支持细水雾吸热和液体燃料继续汽化燃烧时，火焰完全熄灭。
1.3 细水雾喷头灭火效果
从表1.3可知，喷头保护面积大小与导流槽角度有关，60°导流槽喷头雾化角普遍大于45°导流槽喷头雾化角。因为60°导流槽切向速度大，而轴向雾滴速度小，所以增加了喷头的保护范围。同时，60°导流槽喷头的雾滴粒径比45°导流槽喷头的雾滴粒径小，这说明速度小不利于雾化。喷头流量与喷嘴口径有直接关系，喷嘴口径越大流量越大，所以在选择喷头时也要考虑到节能经济因素。当火源位于喷头正下方中心位置时，1-5号喷头均能有效灭火，最短时间2s，最长39.7s就可灭火;说明旋芯为45°喷头即保证了径向喷水距离又强化了轴向速度，增加了雾滴雾动量，所以灭火效果较好。
图1.2是红外摄像机拍摄的细水雾瞬间熄灭火焰的火场红外热像图，灭火时间为2s。照片形象地展示了细水雾对火焰拉伸作用过程中火焰内部各区域的温度和火焰结构的变化情况。有图可知，当施加细水雾时，细水雾从喷头高速喷出，并形成一水雾锥喷向燃油表面，细水雾直接冲击火焰，在细水雾拉伸的作用下，火焰被细水雾压制并被强制改变燃烧形态，由垂直燃烧变为水平燃烧，当火焰被压制并沿水平方向被推离燃油表面时，火焰被瞬间熄灭。如果火焰不能被细水雾几秒钟熄灭，这时细水雾拉伸作用主要是压制火焰。
三、结语
1.导流槽为45°的喷头，4槽雾化效果最好;喷嘴口径为0.8mm时雾滴粒径较大。
2.细水雾喷头导流槽为45°，喷嘴口径为1.0mm时，灭火效果良好，灭火时间为2s。
3.细水雾喷嘴口径对灭火效果影响显著，当喷嘴口径为1.0mm时，灭火机理主要以火焰拉伸为主导，可以达到瞬间灭火的效果。
参考文献：
吴平，粟心国.细水雾灭火系统在档案馆中的设计优化探讨[J].给水排水，2016，（10）：100-103.
刘志强，黄鑫.细水雾与油池火相互作用的尺度模拟实验[J].科学科学与技术，2011，（02）：125-128.
赵凯强，刘万福，王同喜.铁路救援站中细水雾颗粒特性研究[J].科学科学与技术，2016，（06）：810-814.
巴鑫，罗小辉，朱玉泉，刘银水.微重力状态下细水雾雾场特性仿真[J].华中科技大学学报（自然科学版），2011，（10）：6-9.
闵永林，苏琳，张杰，刘高文.通风条件下用多组分细水雾扑灭变压器火灾的模拟研究[J].中国安全科学学报，2014，（08）：43-48.
刘鹏，陈萌.细水雾系统与传统系统在地铁火灾中的数值模拟分析.全国第一届细水雾灭火系统学术会议，上海，2017：89-91.
关键词：细水雾;新型喷嘴;雾化效果;灭火效果
火灾是严重危害人类生命财产安全、阻碍经济发展、影响社会稳定的常见灾害之一，具有破坏性强、施救困难、影响恶劣等特点.细水雾灭火系统技术的优点在于对于環境无污染、灭火快速、用水少、水渍损失小，可以用来扑灭A、B、E类火灾，因此细水雾灭火系统技术现在越来越被消防领域的人们所关注。细水雾良好的雾化特性既能保证用最少的水快速有效地扑灭火灾，同时对保护对象不产生任何水渍影响。细水雾灭火喷嘴的设计与选择需要综合考虑灭火有效性及经济性，因此有必要对喷嘴的雾化机理以及影响雾化效果的各种因素进行理论分析和实验研究，从而积累相关的经验和数据，为喷嘴的研制提供帮助。细水雾喷嘴雾化性能的好坏对其灭火效果和对保护对象的影响起着决定性的作用。良好的雾化特性既能保证用最少的水快速有效地扑灭火灾，同时对保护对象不产生任何水渍影响。因此研制新型细水雾喷嘴，强化雾化效果、提高水雾的雾动量，对提高细水雾系统灭火具有重要意义。本文围绕着提高优化细水雾灭火效果及应用开展研究，结构上，通过优化细水雾关键部件喷头的雾化器提高雾化效果来提高灭火效果。
一、实验装置
细水雾灭火试验在辽宁省飞机火爆防控实验室进行，水泵设计压力0-20MPa，在火源上方布置7个热电偶，布置间距100mm，编号为1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号用于测量火源区温度并通过温度采集仪记录。雾滴粒径采用激光粒径仪测量，火源采用0号柴油作为火源。细水雾喷头为7孔的喷头，侧面等分分布有6个与底面成45度的喷嘴，底面中心轴向有一个喷嘴。
二、结果分析与讨论
（一）细水雾雾化实验
细水雾工作压力采用8MPa，启动水泵施加细水雾，采用激光粒径仪测量细水雾雾滴粒径，雾滴粒径用Dv0.9表示，初步筛选出10种粒径数据较为理想的喷嘴，如表1.1所示
1.1 细水雾喷头雾化效果
从表1.1可知，随着喷嘴旋芯角度增加雾滴粒径呈现先减小后增大的趋势，喷嘴口径为0.8mm时雾化效果较差。4槽喷头的雾化效果明显好于2槽喷头。因为在喷头其他设计参数相同情况下，增加喷头导流槽数量可以增加细水雾喷头内部水流的的相互撞击的概率，提高了雾化效果。导流槽为60°的喷头雾化性能相对于45°、30°喷头而言雾化效果较差。60°导流槽主要强化了切向雾化效果会造成喷嘴内部水雾动能的损耗加剧，导致水雾轴向速度降低，根据韦伯雾化理论，旋流速度小，不利于雾化，所以60°喷嘴雾化效果不理想。而0°旋芯由于缺少离心雾化作用所以水基本呈现直流喷水状态，没有雾化作用。
（二）细水雾灭火实验
细水雾喷头采用30°、45°和60三种旋芯角度，旋芯为4条导流槽，组成7喷嘴喷头，中心小喷头与周向六个小喷头采用的旋芯结构及喷孔直径的参数一致。喷头距地面2.7m在油盘内，倒入400ml柴油作为燃烧物，20ml汽油作为引燃物，点燃一分钟使其充分燃烧后，打开水泵开启喷头;采用热成像仪及其系统记录火焰燃烧及扑灭过程，并记录灭火时间，如下图1.2和表1.3所示。
由上图可知，在施加细水雾瞬间主要通过火焰拉伸作用压制火焰，使火焰燃烧形态由垂直燃烧状态变为水平燃烧状态，但是由于火焰的主体仍然在油盘表面，所以不能瞬间熄灭火焰。随着细水雾的连续施加，在细水雾的扰动下，火焰在水平方向紊流程度进一步增强，不连续区域逐渐减小，火焰形态越来越小，同时，细水雾不断吸热汽化冷却燃油表面温度，降低可燃油气的汽化量，逐步切断向燃烧区燃料的供给，当油盘表面区域温度降到65℃时，燃烧放热量不足以支持细水雾吸热和液体燃料继续汽化燃烧时，火焰完全熄灭。
1.3 细水雾喷头灭火效果
从表1.3可知，喷头保护面积大小与导流槽角度有关，60°导流槽喷头雾化角普遍大于45°导流槽喷头雾化角。因为60°导流槽切向速度大，而轴向雾滴速度小，所以增加了喷头的保护范围。同时，60°导流槽喷头的雾滴粒径比45°导流槽喷头的雾滴粒径小，这说明速度小不利于雾化。喷头流量与喷嘴口径有直接关系，喷嘴口径越大流量越大，所以在选择喷头时也要考虑到节能经济因素。当火源位于喷头正下方中心位置时，1-5号喷头均能有效灭火，最短时间2s，最长39.7s就可灭火;说明旋芯为45°喷头即保证了径向喷水距离又强化了轴向速度，增加了雾滴雾动量，所以灭火效果较好。
图1.2是红外摄像机拍摄的细水雾瞬间熄灭火焰的火场红外热像图，灭火时间为2s。照片形象地展示了细水雾对火焰拉伸作用过程中火焰内部各区域的温度和火焰结构的变化情况。有图可知，当施加细水雾时，细水雾从喷头高速喷出，并形成一水雾锥喷向燃油表面，细水雾直接冲击火焰，在细水雾拉伸的作用下，火焰被细水雾压制并被强制改变燃烧形态，由垂直燃烧变为水平燃烧，当火焰被压制并沿水平方向被推离燃油表面时，火焰被瞬间熄灭。如果火焰不能被细水雾几秒钟熄灭，这时细水雾拉伸作用主要是压制火焰。
三、结语
1.导流槽为45°的喷头，4槽雾化效果最好;喷嘴口径为0.8mm时雾滴粒径较大。
2.细水雾喷头导流槽为45°，喷嘴口径为1.0mm时，灭火效果良好，灭火时间为2s。
3.细水雾喷嘴口径对灭火效果影响显著，当喷嘴口径为1.0mm时，灭火机理主要以火焰拉伸为主导，可以达到瞬间灭火的效果。
参考文献：
吴平，粟心国.细水雾灭火系统在档案馆中的设计优化探讨[J].给水排水，2016，（10）：100-103.
刘志强，黄鑫.细水雾与油池火相互作用的尺度模拟实验[J].科学科学与技术，2011，（02）：125-128.
赵凯强，刘万福，王同喜.铁路救援站中细水雾颗粒特性研究[J].科学科学与技术，2016，（06）：810-814.
巴鑫，罗小辉，朱玉泉，刘银水.微重力状态下细水雾雾场特性仿真[J].华中科技大学学报（自然科学版），2011，（10）：6-9.
闵永林，苏琳，张杰，刘高文.通风条件下用多组分细水雾扑灭变压器火灾的模拟研究[J].中国安全科学学报，2014，（08）：43-48.
刘鹏，陈萌.细水雾系统与传统系统在地铁火灾中的数值模拟分析.全国第一届细水雾灭火系统学术会议，上海，2017：89-91.