收稿日期:2022-08-22;修改日期:2022-10-10基金项目:南瑞怡和环保科技有限公司项目(S G T Y H T /18-J S -209,5246MK 190005)作者简介:吴刘锁(1982-),高级工程师,博士研究生,研究方向为聚合物改性㊂通讯作者:朱小龙,副研究员,E -m a i l :c qr c z x l @u s t c .e d u .c n第32卷第1期2023年3月火 灾 科 学F I R ES A F E T YS C I E N C EV o l .32,N o .1M a r .2023文章编号:1004-5309(2023)-0033-10D O I :10.3969/j.i s s n .1004-5309.2023.01.05泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究吴刘锁1,胡 健2,张建成1,罗剑飞1,石长江1,张美琪1,景 伟1,朱小龙2*(1.国网电力科学研究院有限公司,南京,210003;2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026)摘要:泡沫-细水雾在全尺寸变压器灭火实验中展现出高效灭火性能㊂纯水细水雾具有冷却效果好㊁热辐射阻隔能力强的特点,但添加泡沫灭火剂后对其冷却及热辐射阻隔特性的影响机制尚不明确㊂对泡沫-细水雾和纯水细水雾的冷却与热辐射阻隔特性进行了对比实验,并基于雾特性测试结果对相应性能的差异进行了分析㊂发现添加泡沫灭火剂后能降低水雾的粒径,从而令泡沫-细水雾的冷却和热辐射阻隔性能优于纯水细水雾㊂此外,泡沫灭火剂中的阻燃物质也是加速火焰熄灭的重要因素㊂研究结果可为变压器灭火系统选择㊁泡沫-细水雾系统工况参数优化等方面提供理论指导㊂关键词:泡沫灭火剂;变压器油火;粒径分布;冷却特性;热辐射阻隔特性中图分类号:X 915.5 文献标识码:A0 引言近年来,随着我国电力工程的发展,特高压电网系统中的换流变压器数量不断增加㊂然而,其内部的绝缘油㊁绝缘衬垫和支架等材料加大了变压器火灾的可能性及危险性,导致换流变压器的火灾事故率更高[1]㊂变压器中的绝缘油具有绝缘㊁冷却和消弧等作用,其使用量较大,虽然闪点较高(一般大于130ħ),一旦被引燃,变压器内部压力会迅速上升,最终可能导致爆炸,而喷射的燃油会加剧事故的危险性,影响电力系统的正常运行,造成严重的人员伤亡㊁环境污染和经济损失[2-4]㊂近年来,在全尺寸变压器火灾灭火实验中,泡沫-细水雾技术和水成膜泡沫灭火技术均展现出良好的灭火效果[5]㊂细水雾由于粒径小㊁比热容大㊁蒸发潜热高㊁弥漫性能好,主要依靠冷却㊁阻隔热辐射[6-8]㊁稀释氧气的机理实现灭火㊂而水成膜泡沫灭火剂溶液因含有表面活性剂和阻燃剂等成分[9],主要通过在油类表面形成隔绝层窒息油类火[10,11]㊂从灭火机理上看,泡沫-细水雾可同时发挥细水雾和水成膜泡沫的优良特性,从而产生协同灭火作用,进一步提升灭火效果㊂然而,现有研究尚未从热辐射阻隔特性和冷却特性两方面揭示泡沫-细水雾相对于纯水细水雾的差异,导致在工程实践中关于变压器灭火系统选择㊁泡沫-细水雾系统工况参数优化等方面缺乏理论指导㊂为此,笔者针对泡沫-细水雾开展了冷却特性和阻隔热辐射特性的实验研究㊂在不同泡沫灭火剂种类和喷射工况条件下,研究了泡沫-细水雾的粒径㊁发泡倍率等特性的变化对冷却特性和阻隔热辐射特性的影响㊂1 实验设置为使研究结果更加贴合工程实际,选用的细水雾喷头为F T 10e 泡沫-细水雾涡扇炮中采用的喷头㊂水雾喷头k 系数1.23,雾锥角60ʎ㊂选用的泡沫灭火剂样品均为针对变压器火灾的商用产品,具体信息如表1所示㊂表1 泡沫剂样品基本信息T a b l e 1 B a s i c i n f o r m a t i o no f f o a ma g e n t s a m pl e 泡沫剂型号A R M T L L -3快速型生产厂家上海六里消防科技有限公司杭州睦田消防科技开发有限公司杭州睦田消防科技开发有限公司南瑞怡和环保科技有限公司类型抗醇水成膜灭火剂水系灭火剂水成膜灭火剂水成膜灭火剂表面张力17.726.616.716.8主要成分高分子生物胶㊁复合发泡剂㊁氟表面活性剂㊁溶剂等增稠剂㊁阻燃剂㊁稳定剂㊁发泡剂等碳氢表面活性剂㊁氟碳表面活性剂㊁助溶剂㊁稳定剂㊁抗冻剂㊁防腐剂等碳氢表面活性剂㊁氟碳表面活性剂㊁助溶剂㊁稳定剂㊁抗冻剂㊁防腐剂等1.1 雾场特性测试方法1.1.1 雾滴粒径如图1所示,利用L a v i s i o n 激光粒度分析仪通过阴影法对雾滴粒径分布进行测量,4个测点设置于雾场中轴线上,分别距离喷头出口0.4m ㊁0.5m 和1.0m ㊂喷雾压力分别设置为0.5M P a ㊁1.0M P a和1.5M P a㊂图1 雾滴粒径测量示意图F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a mo f d r o pl e t s i z em e a s u r e m e n t 1.1.2 喷雾强度如图2所示,利用水雾收集器对雾场强度进行测量㊂水雾收集器由若干试管组成的收集矩阵构成㊂测试时,令雾化喷头竖直向下喷射,水雾收集器中心正对喷头中轴线,喷头出口与水雾收集器的距离分别设置为0.4m ㊁0.5m 和1.0m ㊂喷雾持续时间为30s,喷雾结束后逐一测量试管内收集的液体质量,通过方程(1)计算可得测试平面上各个位置的喷雾强度大小:w =mρS t (1)其中w 为喷雾强度,L /(m i n ㊃m 2);m 为所收集的液体质量,k g ;ρ为液体密度,k g /L ;S 为试管的管口面积,m 2;t 为时间,m i n㊂图2 喷雾强度测试示意图F i g .2 S c h e m a t i c d i a g r a mo f s p r a y i n t e n s i t yt e s t 1.1.3 发泡倍数由于泡沫灭火剂溶液的表面张力明显低于纯水,其通过雾化喷头喷出时被雾场卷吸的空气会使液滴产生一定的发泡效果,因此依据标准G B50281-2006中的具体步骤对泡沫-细水雾的发泡倍数进行测量[2]㊂所测试的泡沫灭火剂样品为表1中43火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第1期的快速型泡沫灭火剂㊂1.2 热辐射阻隔特性测试方法1.2.1 实验系统布置为观测雾场对热辐射的阻隔特性,自行搭建的实验系统如图3所示㊂利用电热丝加热器作为辐射源,功率设置为120k W ㊂为避免雾场对恒定辐射热源产生影响,水雾不直接与辐射热源发生接触㊂辐射源与辐射计之间的距离为3m ,相向布置㊂喷头距离地面高度1m ,雾化喷头位于辐射源与辐射计连线的中心,且辐射源与辐射计的连线与雾场的中轴线相互垂直㊂为对比不同雾场厚度对热辐射阻隔效果的影响,施加泡沫-细水雾时的测试高度分别设置为0.5m ㊁0.6m ㊂由于雾锥角为60ʎ,测试高度为0.5m 时对应的水雾喷射距离为0.5m ,雾场厚度为0.816m ;测试高度为0.6m 时对应的水雾喷射距离为0.4m ,雾场厚度为0.703m ㊂为对比喷雾压力对热辐射阻隔效果的影响,将工作压力分别设置为0.5M P a ㊁1.0M P a 和1.5M P a ㊂为分析纯水细水雾与泡沫-细水雾的热辐射阻隔效果差异,将测试高度0.6m 处测量施加纯水时的热辐射值与相同测试高度的泡沫-细水雾进行对比,通过对比施加喷雾前后辐射热流计所测得的辐射热通量实时变化值,可以定量分析不同工况下雾场的热辐射阻隔特性变化规律㊂图3 热辐射阻隔特性实验装置图F i g .3 E x p e r i m e n t a l s e t u p d i a gr a mo f t h e r m a l r a d i a t i o nb a r r i e r c h a r a c t e r i s t i c s 1.2.2 实验步骤在施加纯水细水雾时,具体实验步骤如下:(1)搭建实验系统,向水箱中注满水,将喷头处的喷雾压力调节为设定值;(2)开启辐射源和数据采集系统,记录辐射计的实时变化数据;(3)当辐射计之间的实时辐射值偏差稳定且低于5%时开启喷头;(4)雾流场稳定时连续记录热辐射值至少1m i n ;(5)同一工况,重复步骤(2)㊁(3)三次㊂在施加泡沫-细水雾时,将水箱中的水更换为表1中浓度为3w t %的快速型泡沫灭火剂溶液,其余步骤与上述步骤一致㊂1.3 火焰冷却特性测试方法1.3.1 实验系统设置火焰冷却特性实验系统如图4所示㊂采用25变压器油作为燃料㊂为使雾场只与火焰作用而不与油表面接触,将喷头高度设置为0.75m ,油盘置于地面,喷头与油盘的水平距离为1m ㊂油盘中心上方沿竖直方向布置5个热电偶,用于实时记录火焰的温度变化情况,热电偶的间距为0.2m ㊂油盘的长㊁宽㊁高分别为0.3m ㊁0.3m 和0.05m ,油盘中加入的变压器油体积为500m L ㊂辐射热流计的方向正对火焰,距离油盘2m ,高度为0.3m㊂图4 冷却特性实验布置示意图F i g .4 L a y o u t o f c o o l i n g c h a r a c t e r i s t i c e x pe r i m e n t 1.3.2 实验步骤在施加纯水细水雾时,具体实验步骤如下:53V o l .32N o .1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究(1)搭建实验平台,向水箱中注满水,将喷雾压力调节为1M P a ;(2)通过辐射加热器将油盘内的变压器油加热到180ħ后点燃,并将油盘移至测试点;(3)开启数据采集设备,持续燃烧1m i n ,待火焰温度达到稳定值后开启水雾;图5 喷射距离0.4m 处不同工作压力下样品液及纯水细水雾雾滴粒径分布F i g .5 D r o p l e t d i a m e t e r d i s t r i b u t i o no f s a m p l e l i qu i da n d p u r ew a t e rm i s t u n d e r d i f f e r e n tw o r k i n gp r e s s u r e s a t t h e s p r a y i n g di s t a n c e o f 0.4m (4)连续采集实验数据,直至油盘内火焰被扑灭㊂在施加泡沫-细水雾时,将水箱中的水逐一更换为表1中的4种泡沫灭火剂溶液,浓度设置为3w t %,其余步骤与上述步骤一致㊂2 实验结果与分析2.1 不同工况下雾场特性测量结果2.1.1 雾滴粒径本研究测量了纯水和3w t %快速型泡沫液分别在0.5M P a ,1.0M P a 和1.5M P a 压力下的水雾粒径分布㊂在测点高度为0.6m 处,不同工作压力下液体的雾滴粒径分布测量结果如图5所示㊂图6展示了三个测点高度处,不同压力下的雾滴粒径63火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第1期图6不同工作压力下样品液及纯水细水雾雾滴粒径F i g.6P a r t i c l e s i z e o f s a m p l e s o l u t i o na n d p u r ew a t e rm i s t u n d e r d i f f e r e n tw o r k i n gp r e s s u r e sD32和D V90㊂喷雾压力上升时会使液体通过喷头的速度上升,进而导致液体喷出后的旋转离心力和气/液两相间剪切力增大,因此,可在图6中观察到雾滴粒径与雾化压力呈负相关关系㊂液滴从雾化喷头喷出后,一方面在离心力和剪切力的作用下发生破碎,另一方面,液滴之间接触后将发生并聚㊂从测试结果看,当喷射距离从0.4m 增加到0.5m时,雾滴粒径稍有下降,表明在此距离范围内液滴破碎发生的概率高于并聚发生的概率㊂当喷射距离从0.5m增加到1m时,雾滴粒径明显上升㊂表明喷射距离较远时,液滴并聚发生的概率逐渐超过破碎发生的概率㊂3w t%快速型泡沫液雾化后整体的粒径分布相较于纯水更小,原因主要是添加剂使得表面张力由纯水的72m N/m下降至18m N/m,这使得液滴破碎所需要克服的能量损失显著下降,因此泡沫溶液在剪切力和离心力作用下更容易破碎为粒径更小的雾滴[12]㊂此外,添加泡沫液后,雾滴粒径随着工作压力和喷射距离的变化趋势与纯水雾场的变化趋势一致㊂2.1.2喷雾强度不同喷射工况及喷射距离处平均喷雾强度的测试结果如表2所示,是否添加泡沫溶液对喷头流量计喷雾强度无明显影响㊂随着工作压力上升,喷头流量增大,喷雾强度随之增大㊂随着喷射距离增大,雾场覆盖面积增大,因而喷雾强度下降㊂表2不同压力下的喷头流量计平均喷雾强度T a b l e2A v e r a g e s p r a y i n t e n s i t y o f n o z z l ef l o w m e t e r u n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s压力/M P a流量/(L/m i n)平均喷雾强度/(L/(m i n㊃m2))喷射距离0.4m喷射距离0.5m喷射距离1.0m0.52.815.09.14.81.03.920.912.76.61.54.825.815.68.12.1.3发泡倍数泡沫-细水雾的发泡倍数测量结果如表3和图7所示㊂发泡倍数随工作压力增大略有上升㊂但是雾滴粒径测量结果表明,工作压力越大,泡沫-细水雾的粒径越小,如图6所示㊂此外,泡沫-细水雾的雾滴粒径测量结果小于纯水细水雾,另一方面,收集到的泡沫发泡倍数达到3.7倍~5.1倍㊂从这两种相反的变化趋势可推断出发泡过程主要发生在雾滴撞击收集罐时,而非雾滴在空气中运移过程中㊂泡沫是由若干小气泡构成,形成小气泡要求空气被包裹在液膜中㊂这种包裹形成过程难以在雾滴喷出时发生,但极易在雾滴撞击收集罐时发生㊂因此,在阻隔热辐射及冷却火焰的分析中,可将雾场中的泡沫-细水雾视为小液滴而非小气泡㊂73V o l.32N o.1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究(误差线表示4次重复测量中测得的标准差)图7泡沫-细水雾发泡倍数测试结果F i g.7F o a m w a t e rm i s t f o a m i n g m u l t i p l e t e s t r e s u l t s表3不同压力下泡沫-细水雾的发泡倍数T a b l e3F o a m i n g m u l t i p l e o f f o a m w a t e rm i s tu n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s压力/M P a流量/(L/m i n)发泡倍数0.52.83.7,4.6,4.0,4.11.03.94.3,4.4,4.1,4.31.54.84.1,4.7,4.9,5.12.2热辐射阻隔特性热辐射阻隔率ε的计算方法为:ε=1-φ2φ1(2)其中φ1为喷雾未启动时辐射计测得的来自辐射源的辐射热流流量,单位为k W/m2;φ2为喷雾开启时辐射计测得的辐射热流量,单位为k W/m2㊂细水雾主要通过散射和吸收两种方式阻隔热辐射,杜永成等[13]基于M i e氏理论[14]推导出了理想条件下的细水雾消光能力计算方程:K=π4N d D232Q e x t(D32,0)(3)其中变量K表示相同量水产生的初始粒径为D32,0的所有雾滴的消光截面之和,N d为单位体积内的雾滴数;D32为索特平均直径;Q e x t为消光效率因子,包括光散射和热吸收两种消光方式㊂表4和图8展示了纯水细水雾和泡沫-细水雾对热辐射的阻隔效率测试结果㊂在测点高度为0.6m时,雾场的喷射距离为0.4m,雾场厚度为0.704m㊂在该测点处泡沫-细水雾与纯水细水雾均进行了热辐射阻隔实验㊂可以观察到喷雾强度随着压力增大而增大时,ε的取值随之增长㊂这是因为方程(3)中N d的取值与喷雾强度的变化趋势一致, N d的取值越大则热辐射阻隔效果越好㊂表4热辐射阻隔效率测试数据T a b l e4T h e r m a l r a d i a t i o nb a r r i e r e f f i c i e n c y t e s t d a t a泡沫类型压力/M P a泡沫场厚度/m喷雾强度/(L/m i n㊃m2)平均热辐射阻隔率快速灭火型0.51.01.50.7047.239.07%0.8165.437.98%0.70410.143.94%0.8167.541.66%0.70412.462.30%0.8169.261.43%纯水细水雾0.50.7047.232.90%1.00.70410.133.04%1.50.70412.444.58%(误差线表示三次测量结果的标准差)图8不同压力下热辐射阻隔效率F i g.8T h e r m a l r a d i a t i o nb a r r i e r e f f i c i e n c yu n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s纯水细水雾在工作压力从0.5M P a上升到1.0 M P a时,ε从32.9%缓慢上升至33.04%㊂当压力进一步从1.0M P a上升至1.5M P a时,ε的上升梯度明显增大,最终达到44.58%㊂ε的上升梯度变化趋势与喷雾强度的上升梯度变化趋势存在明显的差异㊂这是因为压力变化不仅引起了喷雾强度的上升,而且使得整体雾滴粒径下降㊂方程(3)中Q e x t83火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E第32卷第1期的取值受到雾滴粒径和辐射光波长范围的影响㊂由于热辐射主要依靠红外光(波长1μm~40μm[13])进行传播,理论计算得出雾滴粒径为10μm时K值最大,随着雾滴粒径从10μm往上增大,热辐射阻隔效率逐渐下降[13]㊂随着工作压力的上升,纯水细水雾的雾滴粒径范围逐渐向10μm靠近,因此泡沫-细水雾的热辐射阻隔能力更强㊂此外,N d的取值由雾滴粒径分布和喷头水流量两个因素共同决定㊂在水流量不变时,整体雾滴粒径越小则N d的取值越大,进而导致雾场的热辐射阻隔效率越高㊂基于同样的原因,由于在相同压力下,泡沫-细水雾的雾滴粒径相较纯水细水雾更小,粒径范围更靠近10μm,所以泡沫-细水雾的热辐射阻隔效率高于纯水细水雾[15]㊂由于两个测点处横截面的雾流量十分相近,虽然测点高度为0.6m处的N d值大于0.5m处,但测点高度为0.5m处的雾场厚度大于0.6m处㊂并且,如图1所示,在两个测点处,整体雾滴粒径大小也十分接近㊂因此,对比测点高度为0.5m与测点高度为0.6m时喷射泡沫-细水雾的热辐射阻隔效率结果时发现,测点高度为0.5m时ε值仅比测点高度为0.6m时略有降低㊂2.3雾场冷却特性雾场冷却25变压器油池火过程的主要实验现象如图9所示,图10和图11分别展示了热电偶和辐射计的实时测量结果㊂由于油盘在点燃前已经被加热至180ħ,所以在点火前的初始辐射热通量值为92W/m2,且各测点处的初始温度高于常温㊂油盘被点燃后,热释放速率逐渐上升㊂经过40s~ 50s的燃烧时间后达到稳定燃烧状态,测得的辐射热通量值保持在300W/m2附近,最高温度超过500ħ㊂在稳定燃烧阶段,火焰在一定范围内振荡,火焰的高度和温度呈现周期性变化㊂此外,因变压器油含碳量高,其燃烧产生大量黑色烟气颗粒㊂在施加泡沫液的瞬间发生了明显的火焰强化现象(图9(b)),导致辐射热通量迅速上升至410W/m2~ 420W/m2(图11),不同高度上的火焰轴心温度均迅速上升(图10)㊂造成火焰强化的可能原因:一方面是水煤气效应;另一方面是新鲜风的供氧作用㊂在变压器油稳定燃烧阶段,火焰温度保持在400ħ~ 500ħ(图10)㊂高温条件下,水可与一氧化碳反应生成氢气与二氧化碳㊂氢气燃烧瞬间发生火焰增强现象㊂此外,喷雾到达火焰区域时,将卷吸大量新鲜空气进入燃烧区域㊂新进入燃烧区域的氧气使得稳定燃烧状态下无法充分反应的可燃气体得到充分燃烧,进而强化火焰㊂火焰强化现象仅在喷雾初始喷射阶段发生㊂随着水雾的持续喷射,大量水雾的蒸发会使燃烧区域降温㊂水雾蒸发后能在火焰上部观察到大量白雾形成㊂此外,雾场的热辐射阻隔作用将减少火焰向油盘的热反馈,油盘表面可燃气体的蒸发速率逐渐降低㊂因此温度测试结果显示不同高度测点处的温度逐渐下降直至火焰熄灭㊂对比图10中不同高度处的温度变化曲线可发现,随着热电偶测点高度的下降,温度下降至室温所需的时间显著提升㊂主要有以下三方面原因:第一,雾滴产生的冲量能使位置较高的火焰发生偏斜,使热电偶所在位置的温度迅速下降;第二,火焰区域高度越高,稳定燃烧时温度越低,因此降温越快;第三,为避免泡沫或水雾直接射入油盘,喷头高度为0.75m(图4),这使得喷雾强度随着高度下降而变小,所以靠近油面的火焰最后熄灭㊂图9冷却过程实验现象图F i g.9P h e n o m e n o no f c o o l i n gp r o c e s s e x p e r i m e n t图10和图11所展示的测试结果均表明施加3w t%快速型泡沫-细水雾时火焰熄灭时间明显短于施加纯水细水雾时的情况㊂主要有以下两方面原因:第一,泡沫溶液的表面张力约为18m N/m,远低于水的72m N/m㊂经过喷头喷出后,形成的泡沫雾滴平均粒径可能低于纯水雾的粒径㊂小粒径液滴蒸发速率更快,降温效果更好㊂第二,泡沫溶液中含有化学阻燃成分,加速了火焰熄灭㊂为计算液滴的蒸发时间,可做以下合理假设:1)液滴在静止㊁无穷大的介质中蒸发;2)蒸发过程是准稳态的;3)液体成分是单一的,且气体溶解度为0;93V o l.32N o.1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究图10 冷却过程火焰温度F i g .10 F l a m e t e m p e r a t u r e d u r i n g c o o l i ng图11 冷却过程辐射热通量变化F i g .11 R a d i a t i o n f l u x c h a n g e d u r i n g c o o l i n g4)液滴内各处温度均匀一致,且假定该温度为水的沸点;5)假设二元扩散的L e w i s 数具有一致性;6)热传导系数㊁密度㊁比热容为常数㊂液滴完全蒸发的时间t d 为[16]:t d =D 20ρl c p g 8k g l n (B q +1)(4)其中D 0为液滴初始直径,m ;ρl 为水的密度998k g /m 3;c p g 为水的定压比热容4.2ˑ103J /(k g ㊃ħ);k g 为导热系数0.59W /(m ㊃K );B q 为S p a l d i n g数,即B q =c p g (T ɕ-T b o i l )h f g㊂h f g 为蒸发潜热2254.3k J /k g ,T ɕ为火焰温度500ħ,T b o i l 为水的沸点100ħ㊂在变压器油稳定燃烧时,在0.2m 高度处测得的火焰内部温度大约为500ħ㊂在该温度下,不同粒径雾滴的蒸发时间计算结果如图12所示㊂水雾对火焰的冷却实验中,水雾的喷射距离为1.0m (图4)㊂在该喷射距离处纯水细水雾和泡沫-细水雾的平均粒径D 32分别为252μm 和175μm ㊂据图12中展示的计算结果曲线,粒径为252μm 纯水细水雾的蒸发时间为101.3m s ,而粒径为175μm 的泡沫-细水雾的蒸发时间为48.8m s ㊂因此,向水中添加快速型泡沫灭火剂后,相同喷射压力下,泡沫-细水雾的平均蒸发速度为纯水细水雾的近2倍㊂为定量对比不同种类泡沫-细水雾的冷却效果,基于温度测试数据计算平均温度下降速率γ:γ=T 2-T 1t 2-t 1(5)其中T 1为喷雾开启时的温度,ħ;T 2为室温,ħ;t 1为喷雾开启时的时间,s ;t 2为温度下降至室温的时间,s㊂在分别施加纯水细水雾以及4种泡沫-细水雾04火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第1期图12环境温度为500ħ时雾滴直径与完全蒸发时间的关系F i g.12R e l a t i o n s h i p b e t w e e nd r o p l e t d i a m e t e r a n dc o m p l e t e e v a p o r a t i o n t i m e a t500ħ时,温度下降速率的差异如图13所示㊂从整体上看,降温能力排序为A R>MT>快速型>L L-3>纯水㊂其中L L-3和快速型泡沫灭火剂溶液的表面张力最低,A R的表面张力比前两种略高,MT的表面张力明显高于其余三种泡沫灭火剂㊂然而,4种泡沫-细水雾的冷却能力排序并不符合表面张力大小顺序㊂此现象表明,泡沫灭火剂的作用不仅仅是从流体力学层面上改变雾场的物体特性,其化学成分的差异对燃烧化学反应的阻化效果也有明显影响㊂如图4所示,由于细水雾喷头所在的高度为0.75m,热电偶高度为0.6m和0.8m的位置靠近雾场中心区域㊂在热电偶高度为基于方程(4)计算得出的快速型泡沫-细水雾的蒸发速率大约为纯水细水雾的2倍,因此可发现图13中热电偶高度为0.6m和0.8m的位置上,使用快速型泡沫-细水雾时的降温速率是使用纯水细水雾时降温速率的2倍㊂此结果表明方程(4)的计算结果具有较高的可靠性,并且快速型泡沫灭火剂中的阻燃成分在蒸发冷却基础上提升了冷却效果㊂添加了A R泡沫灭火剂的细水雾降温速率最快,表明该灭火剂中的阻燃成分在物理图13不同样品溶液降温速率对比F i g.13C o m p a r i s o no f c o o l i n g r a t e s o fd i f fe r e n t s a m p l e s o l u t i o n s冷却的基础上通过化学作用大幅提升了冷却效果㊂3结论1.由于泡沫灭火剂能大幅降低溶液的表面张力,使得液滴破碎所需的能量损失下降,所以相同工作压力下泡沫-细水雾的雾滴粒径比纯水细水雾显著降低㊂泡沫-细水雾的发泡过程主要发生在液滴撞击收集器的过程中,溶液从雾化喷头喷出的过程中几乎不发生发泡过程㊂2.雾场对热辐射的阻隔率主要受雾密度㊁雾滴粒径㊁雾场厚度的影响㊂由于泡沫灭火剂的添加能显著降低雾滴粒径,泡沫-细水雾比纯水细水雾具有更优异的热辐射阻隔效果㊂3.细水雾作用于变压器油火焰初期会发生火焰增强现象,此现象主要由水煤气效应和氧气供应增强引起㊂在水中添加泡沫灭火剂具有冷却与阻燃协同灭火效果㊂一方面泡沫灭火剂的添加能改变雾滴粒径分布,提升雾场的蒸发速率和冷却速率㊂另一方面,泡沫灭火剂中的阻燃成分能阻化火焰中的化学反应,进一步提升扑灭火焰的效率㊂综上所述,对于变压器油火灾,泡沫-细水雾在阻隔热辐射和冷却火焰两方面的性能均优于纯水细水雾㊂参考文献[1]郭王勇,罗剑飞,魏旭,邓洁清,陈鹏.小尺度变压器油池火灾燃烧特性的实验研究[J].消防科学与技术, 2020,39(12):1645-1648.[2]王海飞,陈聪,胡磊,王晓剑.变压器火灾典型案例的反思及预防[J].供用电,2018,35(11):78-82.[3]易慧.一起500k V主变压器爆炸原因分析[J].广东电力,2015,28(4):117-120.[4]罗鹏.类矩形地铁隧道联络通道水幕隔热研究[D].天津:天津商业大学,2019.[5]陈光,罗剑飞,景伟,张建成.大型换流变火灾与泡沫14V o l.32N o.1吴刘锁等:泡沫-细水雾对变压器油池火的冷却及热辐射阻隔特性研究细水雾联用灭火系统特性研究[J].消防科学与技术, 2021,40(5):704-708.[6]丛北华,蔡志刚,陈吕义,廖光煊.细水雾阻隔火焰热辐射的模拟研究[J].中国安全科学学报,2005,15(12):69-73.[7]刘琦,周亮.不同水系统阻隔热辐射研究进展[J].武警学院学报,2017,33(2):10-14,19.[8]刘长春,邓天刁,刘新磊,黄林远,周莎莎.水雾遮蔽喷射火热辐射的计算模型研究[J].工程热物理学报, 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