细水雾灭火系统雾化机理研究

(中国民用航空飞行学院 四川 德阳 618000)

细水雾灭火系统雾化机理研究

凤四海陆林

(中国民用航空飞行学院四川德阳618000)

社会经济蓬勃发展，消防安全需求与日俱增。细水雾灭火系统凭借绿色环保、耗水量低等特点展现出广阔的应用前景。本文研究了常见细水雾灭火系统的雾化机理及其优缺点，并为消防安全性能化设计提供一些建议，希望对后续细水雾灭火系统雾化机理的研究提供一些思路。

细水雾；压力雾化；离心雾化；双流体雾化；超声波雾化

一、前言

随着科技经济的发展，国际社会对环境保护的重视程度越来越高。曾经在消防领域广泛得到应用的卤代烷灭火剂,以Halon为代表，虽然Halon灭火剂在灭火效率、抑火防爆等方面性能优异，但是因为其对臭氧层有强烈连续破坏作用，1987年，联合国通过保护大气臭氧层的《蒙特利尔协议》,正式明文规定禁止生产和使用哈龙灭火剂。因此，寻找Halon替代灭火剂、灭火系统成为消防界新热点，细水雾灭火系统以其绿色环保、灭火降温效率高、用水量小、水渍污染低等优点，越来越多地应用于各种场合，成为了Halon的主流替代产品，获得了蓬勃发展。为了使细水雾雾场特性更加适用于不同灭火场景，细水雾的产生方式也越来越丰富多样。

二、常见细水雾灭火系统雾化机理

细水雾灭火系统发展至今，根据其雾化机理可大致分为传统雾化和非传统雾化。传统雾化方式彼此之间的不同主要与喷头结构有关，利用喷头内外部构造、工作条件的不同来获得雾场特性不同的细水雾。传统雾化主要有压力雾化、离心雾化、双流体雾化等。非传统雾化方式则是利用一些新兴科技的发展，往往可以获得比传统雾化方式更为优异的雾场特性，如雾滴粒径更小、雾场更均匀等，非传统雾化主要有超声波雾化、静电雾化等。

1.传统雾化

(1)压力雾化

通过对管道内流体的加压，压力细水雾喷嘴开启后将流体的压力势能转变为流体的动能，以形成高速运动的液柱射流或液膜射流，通过高速流体自身的扰动作用以及与流体周围低速的气体介质相遇，液膜或液柱在破碎力与反破碎力作用下破碎，最后完成雾化。流体的压力势能是该类雾化方式的主要能量来源，为了获得更高的喷射速度以获得更细更均匀的雾滴，往往需要很高的流体压力。目前大多数行业所用细水雾灭火系统大多采用这种雾化方式。此类细水雾喷嘴喷口直径一般为2～4mm，直径过小容易堵塞，直径过大雾化程度较差。喷嘴的雾化锥角一般在5～15°之间，且雾滴主要分布在喷嘴轴线附近较窄的范围内。

(2)离心雾化

离心雾化是基于压力雾化做出的改进，其原理在于离心式喷嘴内部具有旋流室，旋流室多为螺旋槽，流体在喷嘴内部时紊流状态加剧，在压力作用下液体喷出，一边旋转一边向下作螺旋运动，液体被切割成较薄的液膜，液体以一定速度喷出喷嘴后，液膜破裂成丝状或带状，与空气相对运动加剧，越远离喷嘴，液膜则越薄，最后分裂成小液滴。若液体在旋流室内已经充分紊流，甚至可以离开喷口就已雾化。此类雾化方式包含离心雾化和压力雾化的相互作用，旋流室的设计是决定雾化性能的关键，雾化锥角一般为60～120°，具有雾化充分的优点,但是雾动量不大,而且大多数喷雾为空心锥角。

(3)双流体雾化

双流体雾化又叫两相流雾化，双流体雾化喷嘴借助空气或惰性气体等流体雾化介质与液体相同轴向或垂直方向进行高速射流，高速气流直接作用于相对低速的液体表面，相对较大的速度差使液体表面被高速气流不停相互冲击、摩擦、切割，破碎成液片和大颗粒液滴，之后高速气流继续作用，液片和大颗粒液滴再碎裂雾化为细小的液滴。此类喷嘴常由中心圆柱形液体喷嘴与外层环形缝隙气体喷嘴组成，具有雾化均匀、充分的优点,但是由于耗气量太大,需要增加压缩气体泵，成本也随之增高。

2.非传统雾化

(1)静电雾化

静电雾化是利用了液滴荷电量趋近或达到Rayleigh极限时，液滴破碎成细小液滴的现象。其基本原理为：液体的雾化需要克服表面张力和粘性阻力的作用。正常情况下，喷嘴末端处的液滴处于受力相对平衡的状态，不会发生破碎。如果对该液滴施加高压强电场，液体则会附带一定量同性电荷，同性电荷之间的相互排斥作用导致液滴受力平衡状态逐渐不稳定，内外压力差变大且表面张力降低。当荷电量接近瑞利极限时，液滴受力平衡状态被打破，破碎成为带电液滴。

(2)超声波雾化

超声波雾化利用了声音的振动属性。当由声源发出的高频率、高振幅的超声波传播到液面时,由于空气振动产生网状波,使液面随之振动并出现波峰波谷，如果超声波振动加剧,高振频率气流具有的强烈紊流脉动将波峰处液膜扯断，则会有小液滴飞起,飞出的液滴又被超声波振动而进一步雾化。

超声波雾化与静电雾化都具有雾化细度极高、雾化均匀的特点，但由于其雾动量往往不足，因此在消防领域应用较少，但依然可以在某些特定场合大展身手，如医疗设备、燃油发动机等。

三、结束语

社会经济蓬勃发展带来消防安全的需求与日俱增，绿色环保灭火剂也已成为消防行业新研究热点，细水雾灭火系统以其绿色环保、灭火性能优异、耗水量少、水渍污染低且适用范围广等优点，在实际生产中获得广泛应用。不同雾化方式的细水雾有其不同适用场景，在灭火系统性能化设计中，应根据实际灭火场景需求、火灾预计载荷选择合适的细水雾灭火系统。

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项目资助来源：2015年民航安全能力建设资金项目《飞机库高压细水雾灭火系统适用规范研究》