烟雾颗粒粒径分布和浓度的动态变化是影响感烟火灾探测器响应的关键参数,是影响火灾中有毒气体承载与传播的重要因素。高大空间环境下,烟颗粒粒径与质量的增长制约烟雾的沉降与上升高度,进而影响高层感烟探测系统的设计和有效性。烟颗粒粒径分布受凝并等因素影响而不断变化。
本文应用扫描电迁移粒径谱仪(SMPS),在线测量四种国家标准试验火和三种欧洲标准火,记录并分析烟颗粒粒径分布、几何平均粒径和总颗粒数浓度随时间的变化。火灾烟颗粒基本小于1μm,粒径分布呈双模态,符合对数正态分布,烟颗粒浓度峰随燃烧状态变化,且随时间向右移动,几何平均粒径增大,分布展宽。TF6试验火颗粒小于400nm,且呈自保持状态,其余明火烟颗粒大于阴燃和热解烟颗粒。烟颗粒凝并速率是燃烧状态参量的函数。火灾中,凝并是影响烟颗粒粒径变化的主要因素。
本文简化烟颗粒粒径分布动力方程,应用Moment方法求解烟颗粒凝团的布朗凝并方程,在Baum和Farouk等人考虑常凝并速率时对烟颗粒浓度变化模拟的基础上,联合火灾动力学模拟(FDS),在已知燃烧热释放速率和初始烟颗粒分布参数时,得到火灾烟颗粒粒径分布参数动态变化的FDS-Moment模拟解,及随燃烧烟气动力粘性系数、温度和浓度的变凝并速率函数。 应用FDS-Moment方法计算SH3试验火和SH4试验火的烟雾颗粒粒径分布参数变化,烟颗粒数总浓度的变化与衰减趋势与实验结果接近,比不考虑凝并和Baum&Farouk的常凝并速率的结果更符合实际燃烧结果。模拟烟颗粒几何平均粒径和对数方差在燃烧增长期的变化较小,而燃烧减弱和结束后,变化较快。烟颗粒凝并速率随时间增大。烟颗粒凝并速率随分形维数的减小而增大。
离子感烟探测器对SH3和SH4烟颗粒的响应表明,若不考虑凝并,离子感烟探测器响应被高估,光电烟探测器响应被低估。烟颗粒粒径分布FDS-Moment解为感烟探测器响应的评估及建筑火灾探测系统有效性评估提供了有效的计算方法,为高大空间烟气颗粒输运模拟创造了条件。
- 作 者：
- 马绥华
- 学科专业：
- 安全技术及工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 中国科学技术大学
- 导师姓名：
- 张永明
- 学位年度：
- 2006
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
