细水雾粒度分布及其灭火工程实例

采用济南微纳颗粒仪器股份有限公司的Winner318C 型分体式激光粒度分析仪对超声雾化细水雾的粒径大小进行测量，测量范围是1～2 000 μm，准确性误差和重复性误差均小于3%。仪器外观及结构组成如图2.14所示。

图2.14　Winner318C型分体式激光粒度分析仪外观及结构组成

（a）仪器实物图；（b）结构组成

该分析仪采用信息光学原理，通过测量颗粒群的散射谱来分析粒度分布。仪器主机内含光学系统和信号采集处理系统：来自激光器的激光束经滤光、扩束、滤波、经准直透镜变成平行光线后照射到测试区，测试区的待测颗粒群在激光的照射下产生散射谱。散射谱的强度及其空间分布与被测颗粒群的大小及其分布有关，经透镜再次汇聚后，被位于透镜后焦面上的光点阵列探测器所接收，转换成电信号后，经放大和A/D 转换经通信入口送入计算机，进行反演运算和数据处理后，即可给出被测颗粒群的大小、分布等参数。激光粒度分析仪的工作原理如图2.15 所示。

图2.15　激光粒度分析仪工作原理

在额定电压36 V，6 块雾化模块全部工作的状态下，对空气体积流量分别为20 L·min-1、30 L·min-1、40 L·min-1、50 L·min-1条件下的细水雾粒度进行测试，测试结果如图2.16所示，数据见表2.2。

由表2.2 可知，携流空气的体积流量范围为20～50 L·min-1时产生的细水雾粒径D50和D32 约为5 μm、D90 约为7 μm，并且数值差别不大，说明空气体积流量的改变对超声雾化细水雾粒径大小的影响可以忽略。另外，随着空气流量的增加，样品浓度值逐渐增加，说明较高的空气流量有助于将雾化后的细水雾吹离预混室，并在燃烧杯口处形成较高的浓度，对灭火效果是有利的。虽然空气流量的增加加大了细水雾液滴之间的碰撞概率，但空气流量的增加对细水雾液滴吹离预混室的作用远大于液滴碰撞沉降作用，因此，总体来说样品浓度是增加的。

在额定电压36 V，空气体积流量为40 L · min-1 的状态下，对雾化模块工作数量分别为2 块、4 块、6 块条件下的细水雾粒度进行测试，结果见表2.3。

图2.16　分体式激光粒度仪测试的细水雾粒度分布直方图(www.xing528.com)

表2.2　不同空气流量条件下细水雾粒径

表2.3　不同雾化模块数条件下细水雾粒径

由表2.3 可知，不同雾化模块数条件下细水雾粒径大小几乎不变，说明在实验过程中，通过调整雾化模块工作的数量来改变细水雾在空气中的浓度时，不会改变细水雾粒径的大小。在其他条件不变时，灭火效率若出现不同，则是由细水雾浓度变化引起的。另外，随着工作的雾化模块数量的增多，测试细水雾的样品浓度值略有降低，这是由于预混室内产生的细水雾颗粒增多，细水雾液滴与液滴之间、液滴与器壁之间的碰撞概率增加，从而形成较大颗粒的液滴沉降回预混室造成的。

在空气体积流量为40 L·min-1，6 块雾化模块全部工作的状态下，对稳压电源电压分别为33 V、36 V、38 V条件下的细水雾粒度进行测试，结果见表2.4。

表2.4　不同工作电压条件下细水雾粒径

由表2.4 可知，不同工作电压条件下细水雾粒径大小几乎不变，说明在实验过程中，通过调整工作电压来改变细水雾在空气中的浓度时，不会改变细水雾粒径的大小。在其他条件不变时，灭火效率若出现不同，则是由细水雾浓度的变化而引起的。另外，随着工作的雾化模块数量的增多，测试细水雾的样品浓度值略有降低，也是由于细水雾液滴数量的增多加大了碰撞的概率。

超声雾化形成的雾滴可用Lang式进行计算：式中，σ为液体表面张力，N·m-1；f为雾化模块振动频率，MHz。将相关参数带入式（2.1），计算得到理论雾滴粒径为D = 8.586×10-6 m = 8.586 μm。实验值略小于理论值，可能的原因有两方面：一是雾化模块工作时自身发热，使得水温略高，导致水的表面张力发生变化；二是由于电压的不稳定，导致雾化模块的震动频率发生变化。