障碍物遮挡条件下细水雾灭火的主控机制及其临界条件预测方法研究

In order to deepen the understanding of the dominant mechanisms of fire suppression with water mist influenced by obstacles, as well as to develop a scientific and efficient method for predicting it, this project will intend to reveal the main control mechanism of fire extinguishment and the dynamical processes of the interaction between water mist and the flame under different sheltered conditions, that would be based on the consideration of the basic paths known as the droplets directly penetrate into the flame and being entrained into the flame, and also on the measurement and analysis of the velocity and temperature field during fire extinguishing process with water mist. The project also intends to determine the critical condition of fire extinguishing with water mist under different cases conditions, and develop models for predicting and analyzing the critical condition of fire extinguishment with water mist. The expected results of this project would have important scientific significances and practical meaningfulness for improving the corresponding theories or models, and enhancing the performance of evaluation and optimal design of the water mist fire suppression system applied in such places where sheltered fire is easy to happen.

针对障碍物不同遮挡情况下细水雾主控灭火机制仍不清楚，以及尚无对其临界灭火条件和主控灭火机制进行预测分析的有效方法等关键问题，本项目拟从细水雾雾滴直接穿透火焰和被卷吸进入火焰两个基本途径出发，通过细水雾灭火有效性及其灭火过程中速度场和温度场的测量分析等，揭示障碍物不同遮挡情况下细水雾的主控灭火机制及其与火焰相互作用的动力学规律，确定不同工况条件下的灭火临界条件，构建障碍物遮挡情况下细水雾灭火临界条件、主控灭火机制的预测分析模型。预期研究成果对完善相应理论或模型、提高细水雾灭火技术在该类场所应用的性能评价和优化设计水平等，均具有重要的科学意义和实用价值。

细水雾因其清洁、高效、安全等诸多优点，被认为是最具潜力的哈龙灭火剂替代技术。但有关细水雾抑制/熄灭障碍物遮挡火方面的深入研究较少，且随着复杂、大型仓储场所对细水雾技术需求的日益增多，开展细水雾抑制/熄灭障碍物遮挡火的技术基础研究，无疑具有重要的科学意义和实用价值。. 本项目主要研究内容、重要结果、关键数据等包括：（1）通过搭建平面粒子图像测速系统（2D-PIV）、平面激光诱导羟基系统（OH-PLIF）系统等，对细水雾雾特性及火焰燃烧特性进行了测量表征；（2）通过障碍物遮挡条件下细水雾与预混层流火焰、气体池火以及气体射流火焰相互作用的实验研究，揭示了障碍物遮挡条件下雾滴与火焰相互作用的机理和规律；（3）通过细水雾抑制/熄灭障碍物遮挡火的多尺度数值模拟研究，揭示了临界灭火过程火焰结构、二维流线及温度云图及平均火焰热辐射衰减通量等多相多参数的变化规律；（4）通过构建火焰遮挡比及最大有效雾量比等无量纲参数，定量表征障碍物对火焰向上发展的阻挡效果及细水雾在不同遮挡程度下有效参与灭火的水雾量，并通过分析灭火临界工况下的火焰遮挡比、最大有效雾量比及火焰Froude数，揭示细水雾抑制障碍物遮挡射流火焰不同阶段下的灭火行为特征及其对应的临界判据；（5）基于临界灭火工况下几何投影遮挡比及临界羽流-喷雾推力比的分析，提出可用于预测不同遮挡条件下熄灭气体池火所需临界喷雾条件的研判关系式，揭示几何投影遮挡比与临界羽流-喷雾推力比间的定量规律。. 项目圆满完成了预定的研究目标和任务，在本领域重要学术期刊发表论文18篇，其中Applied Energy、Fuel、Physics of Fluids、Fire Safety Journal等SCI高影响区或本领域顶级期刊论文13篇；获授权国家发明专利2项；培养已毕业博士研究生4名、硕士研究生2名（含合作培养）；课题组成员累计参加本领域重要国际学术会议6人次。