火灾现场空气污染物削减的荷电细水雾方法和机理研究

本项目针对火灾现场空气污染物治理问题提出了荷电细水雾削减方法，拟采用数值模拟手段研究火灾现场气体污染物、荷电水雾滴、碳黑颗粒运动轨迹和浓度分布等参数。开展细水雾、荷电细水雾性能参数与结构参数关系的实验研究工作并研制相应的实验装置。进行火灾、喷入细水雾、喷入荷电细水雾三种条件下性能参数对气体污染物抑制和削减碳黑颗粒的实验研究，采用自行研制的火焰离子浓度传感器和多波长火焰测量传感器测量瞬态火焰离子浓度、火焰特征波长，测量火场中一氧化碳、氮氧化物等气体浓度和碳黑颗粒浓度、粒径分布、颗粒形状。分析气体浓度、碳黑颗粒参数与荷电细水雾性能参数之间的关系，结合火焰离子浓度、火焰特征波长等微观信息和数值模拟结果，研究荷电细水雾性能参数对火灾现场空气污染物削减效果的影响规律，探索荷电细水雾对气体污染物抑制和削减碳黑颗粒的机理，为火灾条件下保护人民生命健康和空气环境提供新思路。

本项目针对火灾现场空气污染物消减问题提出了荷电细水雾方法，采用理论分析、数值模拟和实验研究手段对荷电细水雾的产生、荷电液滴与火焰的作用以及灭火机理进行了研究。针对细水雾和荷电细水雾的产生机制，研究了非牛顿流体带电圆柱射流和液膜的线性稳定性，推导了径向电场作用下三参数流变模型粘弹性液体圆柱射流和平面液膜不稳定性的色散方程，重点分析电欧拉数、流变参数等对扰动最大增长率及所对应波数的影响规律，获得了电场作用下粘弹性液体圆柱射流和平面液膜的破裂机理及规律。对所研制的细水雾喷嘴的内部流场进行数值模拟，研究了其流量特性、汽液体积分数、速度分布、压力分布、喷雾锥角等一系列参数，深化了对细水雾喷嘴内部流场规律的认识。对细水雾的生成及灭火过程进行了数值模拟，对火灾火场污染物产生机理及运动轨迹，细水雾与火焰相互作用机理等问题进行了模拟研究。.其次建立了细水雾灭火系统的原理样机及实验系统，对样机中关键部件超细水雾灭火喷头开展了详细的研究工作。提出了理论计算与数值模拟相结合的设计方法，通过冷态雾化实验初步验证了喷头的设计结果。利用原理样机开展了不同参数细水雾喷头的模型灭火实验工作，得到了喷头流量、喷射压力、喷嘴距油面距离、油盘功率和通风条件等参数对灭火时间的影响规律，总结出了灭火时间的经验公式，并提出了细水雾熄灭油盘火的主导机理为燃料近表面区域稀释效应的观点。.研制开发了单液滴荷电激发实验台、本生灯型火焰燃烧器、火焰离子浓度传感器以及单液滴电荷量测量装置。通过高速摄影对单个荷电液滴产生过程进行研究，测量了单个液滴的荷电量。.最后研究带电液滴（水）作用于预混火焰（甲烷/空气）后，带电阴阳离子与火焰（甲烷/空气预混）中燃烧自由基带电离子相互作用过程与和不带电液滴与火焰的相互作用进行对比 ，探索了荷电液滴对火焰的相互作用机理。