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细水雾由于其环境友好、灭火效率高、水渍损失小、取材方便等优点,被认为是最优的哈龙灭火替代技术,被广泛应用于各种场所,包括民用建筑、档案馆、图书馆、机房等。然而,对于细水雾应用于载人航天器、深潜器、矿井救生舱等特殊密闭空间,当发生火灾时,由于逃生困难或不可能,要求在高效灭火的同时,对设备和生命安全。目前,国内外学者对密闭空间细水雾应用的研究主要集中在灭火的有效性,而对于细水雾灭火过程中及灭火后对人员和设备影响的研究很少见相关报道。本文针对密闭空间的细水雾灭火进行大量的实验研究,并在此基础上对其安全性进行评估。论文的主要研究内容如下: 对细水雾灭火技术应用于密闭空间时,燃烧过程的参数和对人员生命有影响的参数进行了分析。根据研究需要,对现有实验台进行了改造和升级。完成了受限空间和密闭空间实验台的搭建。受限空间实验环境的尺寸较大,可以进行喷嘴的雾化性能测试,密闭空间实验环境的尺寸较小,可以进行密闭空间各种常见火灾类型的模拟试验。 喷嘴是影响密闭空间灭火效率的关键元器件。本文对压力旋流式喷嘴进行了理论分析与优化改进设计。在喷嘴的研究中,首先对现有液体雾化机理理论进行了总结和分析,并进行了真空环境下的雾化实验。发现压力旋流式喷嘴在一定的真空度情况下(绝对压力p=1000Pa),呈现喷雾角减小的趋势。同时,对现有压力旋流式喷嘴的设计理论进行了总结与优化,提出了更为合理的流量系数和喷雾角的计算公式。以此为基础,设计了两组喷嘴(喷雾角不变改变流量;流量不变改变喷雾角)进行实验验证。结果表明,流量和喷雾角的实测值与理论值比较接近,误差在5%以内。建立了雾滴在空气的运动理论。分析了在不考虑雾滴蒸发形变的前提下,雾滴在层流、紊流及过渡流的运动时间和运动距离。此外,在单喷嘴理论基础上,分析了组合喷嘴的设计过程,对组合喷嘴的关键参数(分布圆直径和倒锥角)的确定进行了理论推导。 采用自行设计的两组喷嘴,对密闭空间中常见的油类火、阴燃火和电气类火进行了实验研究,着重分析了灭火过程中气体成分、热量和环境温度等参数的变化。在柴油火灭火实验中,选取了一部分灭火工况在受限空间进行,并与密闭空间实验工况进行对比。此外,以阴燃火为模型,检测了细水雾灭火过程中液体产物水质参数,并分析了其对密闭空间目前常用水循环设施的影响。在电气火实验中,除进行了常见的电缆过载灭火实验外,还进行了细水雾对于运行状态中的电器设备的安全实验。 采用昆明鼠为实验对象,分别在自行燃烧、施加干粉灭火剂和施加细水雾三种工况下进行动物生命评估实验。燃烧实验模型包括纸垛火、柴油火和阴燃火。实验结果表明,不论干粉还是细水雾,在其施加后,若能有效扑灭火焰,均能降低烟气生成量,减小对小鼠的影响。细水雾与干粉相比,对于以上三种燃烧模型,灭火时间没有明显的差别。在对小鼠的影响上,细水雾比干粉要小。表现在实验结束时小鼠的行为特征以及后期饲养观察期体重的变化。细水雾施加情况下,小鼠在实验结束后,其行动更为活泼,而由于干粉细小的颗粒粉末会对小鼠有一定的窒息作用,干粉施加后小鼠行动相对迟缓。同时,细水雾施加后,饲养观察期小鼠体重增加更为明显。 对于细水雾应用于以载人航天器、深潜器为代表的密闭空间,目前还不具备采用固定式系统的条件,针对此情况,本文研制了活塞式手提细水雾灭火器,该灭火器能有效的消除重力对水雾喷射过程的影响,极大地扩大了其应用场所。该灭火器不仅可以应用于居民楼、档案图、图书馆、机房等民用场所,还可以应用于潜艇、深潜器、飞机、载人航天器等特殊密闭空间。同时,活塞式灭火器便于系列化设计与生产。目前对该灭火器进行了常规性能试验、环境实验、灭火性能试验。实验结果表明该灭火器各项指标性能良好,达到预期技术指标。 最后,对本文的研究工作和创新点以及后续工作展望进行了总结。