泡沫发生装置对二氧化碳泡沫性能影响研究.pdf

第30卷第3期2023年 5月Vo l.30 No.3Ma y 2023妥全与环境工程Sa f et y a nd Env iro nment a l Enginee ring引用格式：刘思奇，刘长春，邓天刁，等.泡沫发生装置对二氧化碳泡沫性能影响研究J.妥全与环境工程,2023,30（3）:28-35.Liu S Q,Liu C C,Deng T D,et a l.Inf luenc e o f f o a m genera t ing dev ic e o n t h e perf o rma nc e o f CO2 f o a mJ.Safety and Environmental Engineering,2023,30（3）：28-35.泡沫发生装置对二氧化碳泡沫性能影响研究刘思奇刘长春1宀，邓天刁3,宋方智1，2,白杨阳1,2,段啸天1,张翌祥1,李存英1（1.西安科技大学安全与工程学院，陕西西安710054；2.西安市西科城市安全与消防救援 研究中心，陕西西安710054；3.贵州省化工研究院，贵州贵阳550002）摘要：泡沫发生装置是影响二氧化碳泡沫灭火系统性能的关键部件,现行泡沫发生装置主要由气液混合腔和扰 流装置两种部件共同组成,且在使用过程中易因气流和液流流量或压力设计或控制不当造成管路中发生脉动现 象,故结构设计和参数选取至关重要。基于二氧化碳泡沫灭火系统，开展同轴混合腔与扰流器对二氧化碳泡沫性 能的试验研究，主要包括同轴混合腔放置方向（气液两相流流向与重力方向是否相同）和不同扰流器（螺杆扰流器、筛网扰流器、丝网扰流器）对二氧化碳泡沫性能的影响，分析了二氧化碳泡沫灭火系统产生脉动现象的原因，获得 了同轴混合腔和扰流器对二氧化碳泡沫析液时间、泡沫发泡倍数、泡沫形态的影响规律，并对各工况下二氧化碳泡 沫灭火系统的灭火性能和抗烧性能进行了测试。结果表明：同轴混合腔垂宜向上且选择丝网扰流器的工况下，二 氧化碳泡沫灭火系统产生的泡沫性能最优。关键词：二氧化碳泡沫;泡沫发生装置;气液两相流；同轴混合腔;扰流器中图分类号：X924.4；X932 文章编号：1671-1556（2023）03-0028-08 收稿日期：2022-05-09DOI；10.13578/j.c nk i.is s n.1671-1556.20220604 开放科学（资源服务）标识码（OSID）:Influence o f Fo am Generating Device o n th e Perfo rmance o f CO2 Fo amLIU Siq严，LIU Ch a ngc h un12*,DENG Tia ndia o3,SONG Fa ngzh i12,BAI Ya ngya ng12,DUAN Xia o t ia n1,ZHANG Yixia ng1,LI Cunying1(1.Co lleg e o f Saf e ty Sc ienc e and Eng ine e ring an University o f Sc ienc e and Tec h no lo g y,Xian 710054,Ch ina；2.Xi，an Xike Urban Saf e ty and Fire Resc ue Researc h Center,Xiyan 710054：,Ch ina;3t Guizh o u Researc h Institute o f Ch emic al Ind ustry,Guiyang 550002,Ch ina)Abst r ac t：Th e f o a m genera t ing dev ic e is a k ey c o mpo nent t h a t a f f ec t s t h e perf o rma nc e o f CO2 f o a m f ire ex-t inguis h ing s ys t em.Th e exis t ing f o a m genera t ing dev ic e ma inly c o ns is t s o f t wo pa rt s：ga s-liquid mixing c h a mber a nd s po ile r,a nd puls a t io n ph eno meno n in t h e pipeline is ea s ily c a us ed by impro per des ign o r c o n-t ro l o f f lo w o r pres s ure in t h e pro c es s o f us ing a irf lo w a nd liquid f lo w,s o t h e s t ruc t ure des ign a nd pa ra met er s elec t io n a re c ruc ia l.Ba s ed o n t h e CO2 f o a m f ire ext inguis h ing s ys t em,t h e experiment a l res ea rc h o f c o a xia l mixing c a v it y a nd s po ilers o n t h e perf o rma nc e o f CO2 f o a m wa s c a rried o ut,ma inly inc luding t h e inf luenc e o f c o a xia l mixing c a v it y pla c eme nt direc t io n(wh et h er t h e f lo w direc t io n o f ga s-liquid t wo-ph a s e f lo w is t h e s a me a s t h e direc t io n o f gra v it y)a nd dif f ere nt s po ilers(s c rew s po iler,s c reen s po iler,s ilk s c reen s po iler)o n t h e perf o rma nc e o f CO2 f o a m Th e rea s o ns f o r t h e puls a t io n ph eno meno n o f CO2 f o a m f ire ex-t inguis h ing s ys t em were a na lyzed,a nd t h e inf luenc es o f c o a xia l mixing c a v it y a nd s po ilers o n CO2 f o a m liquid lo s s t ime,f o a m f o a ming mult iplie r a nd f o a m mo rph o lo gy were o bt a ined,a nd t h e f ire ext inguis h ing基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2022JM-281);榆林市科技计划项目(CXY-2020-032);应急管理部消防救援局科技计划重点研 发项目(2021XFZD01)作者简介:刘思奇(1995),男，硕士研究生，主要研究方向为清洁灭火理论与技术。E-ma il.958945525qq.c o m通讯作者:刘长春(1982)，男，博士，副教授，主要从事火灾动力学、建筑防排烟以及清洁灭火技术研究。E-ma il:k eeps pringxus t.edu.c n第3期刘思奇等：泡沫发生装置对二氧化碳泡沫性能影响研究29perf o rma nc e a nd a nt i-burning perf o rma nc e o f C02 f o a m f ire ext inguis h ing s ys t em under ea c h c o ndit io n were t es t e d.Th e res ult s s h o w t h a t t h e CO2 f o a m f ire ext inguis h ing s ys t em pro duc e s t h e bes t f o a m perf o rma nc e under t h e c o ndit io n o f v ert ic a l upwa rd c o a xia l mixing c a v it y a nd t h e s elec t io n o f s ilk s c reen s po iler.Key wo r ds:CO2 f o a m；f o a m genera t ing dev ic e；ga s-liquid t wo-ph a s e f lo w；c o a xia l mixing c a v it y；s po iler近些年正压式泡沫灭火系统快速发展。常见的 正压式泡沫灭火系统包括压缩空气泡沫灭火系统（CAFS）,但压缩空气泡沫里含有空气，会增加火场内 的含氧量，起助燃作用，因此一些学者采用惰性气体 替代压缩空气。惰性气体灭火技术中主要有二氧化 碳、氮气、氮气等灭火剂，其物理化学性质较稳定口切。消防灭火中较常用的惰性气体是可扑救多种火 灾的二氧化碳气体，二氧化碳灭火系统是目前唯一 能扑救部分固体深位火灾的气体灭火剂曲。在泡 沫中填充二氧化碳，灭火过程中利用泡沫和二氧化 碳气体双重协同作用灭火，提高了灭火效率。泡沫的性能也是决定二氧化碳泡沫灭火系统灭 火效能的主要因素之一，因此泡沫发生装置是二氧 化碳泡沫灭火系统的关键部件32】。现行泡沫发生 装置主要由气液混合腔和扰流装置两种部件共同组 成,其结构设计至关重要，故对泡沫发生装置开展研 究是非常必要的。前人关于泡沫发生装置对泡沫性 能影响的研究也主要集中于气液混合腔和扰流器结 构对泡沫性能的影响”o在不同气液混合腔类型 中，同轴混合腔下泡沫混合效果最好：10a 3a 5-16：综 合林霖口】的研究结果，虽然目前消防车和市场上应 用的压缩空气泡沫灭火系统（CAFS）中T型混合腔 结构最多，但当气源垂直注入与泡沫溶液混合时，易 因气流和液流流量或压力设计或控制不当造成两者 冲击较大，使管路中发生脉动现象。对于不同扰流 器类型，邓天刁等口门通过对扰流器的归纳和评价，发现在气液混合腔运用锥形扰流器的效果最好，而 挡板、丝网扰流器运用在正压式泡沫灭火技术中可 行,但不是最优的选择。现有的文献缺少针对二氧化碳泡沫发生装置的 研究，因此本文基于二氧化碳泡沫灭火系统,开展泡 沫发生装置结构下的二氧化碳泡沫性能试验研究,主 要包括同轴混合腔放置方向（气液两相流流向与重力 方向是否相同）和不同扰流器（螺杆扰流器、筛网扰流 器、丝网扰流器）对二氧化碳泡沫性能的影响。1试验装置与方法1.1正压式二氧化碳泡沫灭火系统本次试验装置为正压式二氧化碳泡沫灭火系 统，整个系统被分为气源供给系统（液态c o2杜瓦 瓶）、泡沫溶液罐、泡沫发生装置三大部分。二氧化 碳泡沫灭火系统及实物图如图1所示。电子秤1 电子秤2压力表卑）泡沫生成装置喷射设备图1二氧化碳泡沫灭火系统及实物图Fig.1 C02 f o a m f ire ext inguis h ing s ys t ema nd t h e ph ys ic a l ph o t o1.2泡沫发生装置本试验采用的同轴混合腔，如图2和图3所示。气相CC）2 扰流装置灣迹 7 二氧化溶液 I-碳泡沫图2同轴混合腔示意图Fig.2 Sc h ema t ic dia gra m o f c o a xia l mixing c a v it y本试验系统中的扰流装置主要选择螺杆扰流 器、筛网扰流器和丝网扰流器3种，如图4所示。3 种扰流器管长为30 mm,内径为20