国内外对气固两相在管路内流动特性的研究学者在对哈龙灭火剂管内流动特性数值研究中[2]发现,当载气氮气进入管路时,仍有大量的哈龙灭火剂余留灭火瓶内,此时管路内出现两相环状流。哈龙灭火剂在管路末端出口的释放特性对灭火瓶出口的开口状态十分敏感。当灭火瓶开口减少,由于管路流动阻力增加,哈龙灭火剂填满管路的时间和到达管路末端释放的时间也随之增加。管径对哈龙灭火剂从管路末端释放的流动特性亦有显著影响。即使释放经管路末端有所延迟,哈龙灭火剂从管路末端释放的量随管径的增加而增加。增加管径的大小是提高最终管路末端灭火剂释放量的有效途径。所以,为了设计出理想的消防系统,灭火瓶出口开口区域和管路体积都应同时考虑。同时还有学者研究了空气与煤粉气固两相在弯管内的流动特性[4],其研究表明在弯管的充分分离段, 弯管外侧壁奋线附近煤粉浓度特别高, 其余部分浓度较低且较均匀; 在弯管的初始阶段大多数颗粒被强烈的惯性力分离出主气流, 向外侧壁集中, 气流的平均速度对惯性分离有较明显的影响; 弯管造成的煤粉浓度分布不均匀性在流经l/ D =6 的竖直上升直段后仍未消失。管内气固两相流动是较复杂的三维流动。东南大学的学者通过建模对高压条件下空气与煤粉气固两相在弯管处阻力特性进行了研究[3],研究者根据巴斯模型,认为经过弯管处的全压降可表示为如下数字字母所示:60465
(1)
其中,ΔP表示全压降,ΔPg表示气体摩擦引起的压降,ΔPK表示固体动能损失引起的加速压降,ΔPF表示固体摩擦引起的压降,ΔPH表示固体静压头引起的压降。并假设在稀相的气力输送方程式适用于密相气力输送方程式的推导中,提出了单相流体在弯管处的压降计算的最重要的公式:
(2)
Re是基于表观速度U和管内径D,pg是气体密度,L是弯管长度,R是弯管半径,r是管内半径,Eq.(2)的范围是300 > Re(r/R)2 > 0.034。而后通过实验研究发现,煤粉进入弯管时可能会被气流再次加速,这将导致额外的固体动能损失。从实验数据中可看出,固体单位长度动能损失的压降与1⁄2 GSU.成线性关系。在给定的固气质量流量比之下,固体摩擦引起的压降随着气体表观速度的增加而增加。当气体表观速度相同时,固体摩擦引起的压降随固体体积分数的增加而增加。固气质量流量比相同时,表观速度的增加导致摩擦因素下降。固气质量流量比和平均粒度大小对摩擦因素的影响不明显。论文网
在查阅的大量文献[6-12]中,关于流动阻力损失相关的研究,学者们多用通过测量管内压力、固气两相的流量、气体表观流速等数据经处理从而了解掌握管内流体流动阻力特性。除了以上所列国内外对细煤粉和哈龙灭火剂在管内的流动阻力特性的相关研究外,研究者们还通过实验还发现了在高压条件下的密相气力输送过程中由于滑动摩擦,压降由在管壁上的粒子浓度控制;由直管内单位长度总压降减少量可推算在通过弯管时额外的动能损失;弯管的总压降大于直管的总压降等气固两相流体管内流动阻力的特性。经大量研究[16-19]表明在管内气固两相流体压力损失与固体颗粒粒度平均大小,输送压力,颗粒间相互作用等因素相关。
2 发展趋势
目前世界范围内掀起了淘汰“哈龙”灭火剂的环保运动,我国计划在2005年全面淘汰“哈龙”1211,2010年淘汰“哈龙”1301。因此,寻找开发新型环保高效率灭火剂完全替代“哈龙”灭火剂势在必行,这也是当前国际消防科技领域最热门研究课题之一。超细干粉灭火剂因其优异灭火性能在未来有望成为替代“哈龙”灭火剂的一类理想产品。