气液流量对低压双流体细水雾雾场特性的影响

作者：王康; 王景栋; 陶波; 贺元骅^*

来源：消防科学与技术, 2022, 41(04): 510-541.

• 低压双流体细水雾
• 雾滴粒径
• 雾通量
• 雾滴速度
• 雾动量

由于对民机货舱中不同气液流量的低压双流体细水雾研究较少，且对单个喷头雾通量和雾动量的定量、定性分析不够完善，还需设计开展实验进行更深入的研究。参考美国联邦航空管理局(简称“FAA”)制定的相关标准，设计并搭建飞机货舱低压双流体细水雾实验平台，主要包括FAA全尺寸飞机货舱、低压双流体细水雾系统。采用的喷头与常规的喷头有所不同，喷出的细水雾是一个圆形平面，具有优良的弥散性和滞空性。实验中采用马尔文粒径分析仪结合Spraytec软件测量不同气液流量下的细水雾雾滴粒径，发现当气体流量从250 L/min增加至350 L/min、液体流量保持0.5 L/min不变时，细水雾雾滴粒径从130μm降低至95μm；当液体流量分别为0.75 L/min和1.0 L/min时，粒径大小分别从161μm降至110μm，从201μm降至142μm。根据美国防火协会的标准，采用量杯收集法测量得到不同气液流量下的雾通量，发现单独增加气体流量或液体流量，其雾通量都会增加。当气体流量为350 L/min、液体流量为1.0 L/min时，雾通量达到最大值，为0.255 L/(min·m2)。利用粒子图像测速仪的高速摄像机拍摄喷雾照片，测量雾滴速度，结果显示，在3种不同的液体流量工况下，随着气体流量从250 L/min增加至350 L/min，对应的雾滴速度均近似以0.04的增长率上升，最小值为8.5 m/s，最大值为16.0 m/s。在假设细水雾雾滴形状为球状时，雾动量关系式由雾滴质量与速度的乘积得到。选取雾滴速度最大值代入公式，得到单个雾滴在不同气液流量下的雾动量变化曲线，发现当气体流量为250 L/min、液体流量为1.0 L/min时，单个雾滴动量达到最大值，为3.6×10-8kg·m/s。通过实验研究不同气液流量对低压双流体细水雾雾场特性的影响，得出以下结论：当液体流量不变，气体流量从250 L/min以25 L/min的变化率增加至350 L/min时，雾滴粒径和雾动量逐渐减小，而雾滴速度和雾通量逐渐增加；当气体流量不变，液体流量从0.5 L/min以0.25 L/min的变化率增加至1.0 L/min时，雾滴粒径、雾动量和雾通量均逐渐增大，而雾滴速度逐渐减小。对于单个雾滴，雾动量取决于雾滴粒径的大小；而对于喷头喷出的所有雾滴，雾滴速度决定了整体雾动量的大小。今后课题将进行细水雾灭火实验，探究达到最佳灭火效果的气液流量。结论可用于飞机货舱细水雾灭火系统的设计与改进，为飞机防火系统一些参数的设置提供了实验和理论基础。

• 单位
  中国民用航空飞行学院