研究细水雾喷雾机理一直是喷雾领域研究的重要内容。喷雾科学与技术在过去的几十年中,已经发展的比较成熟,应用领域也不断扩大。近年来,喷雾学在消防科学的领域已经成为国际性的研究课题。86015
雾化机理的研究已经进行了多年,现在认为液滴雾化分为三种模型:液膜破碎、液柱破碎和液滴破碎。在一个正常雾化的过程中,上述3种模型通常会同时出现。当前采用两种方法来对雾化机理进行研究,分别为:线性理论和非线性理论。这两种不同的理论处理的流体控制方程是相同的,只是方法不同。线性理论中,扰动量是无限小量。在非线性理论中,扰动量是有限小量。其中扰动量所满足的控制方程和边界条件也应包含一阶以上小量。早期是应用线性理论进行研究的。PlAteAu首次研究了射流的稳定性,他研究出:当静态液柱长度超出它的周长时,这个液柱的结构就不稳定,会断裂成两个液滴。PlAteAu奠定了射流稳定理论的基础。1878年,PlAteAu首次研究了对射流破碎机理,并得出了一套完整而全面的理论。他以一个初始状态稳定的圆柱形无限长低速无粘液体射流为研究对象,本次研究通过液体表面波不稳定性理论:低速情况下,只有轴对称模式是不稳定的,液体破碎的原因是液体表面张力。该理论被称为RAyleigh破碎[1]。在此之后,Weber等人研究了粘性液体射流,建立了考虑粘性的液体射流模型。研究表明:射流稳定性的判别准则不是粘性,但粘性导致射流表面扰动波最大增长率减小,进而导致最不稳定波数减小,射流破碎尺寸随之增大[2]。上述的研究都是基于时间模式,Kellerl等人建立了空间模式,即扰动沿空间发展的理论
[3]。通过空间模式计算的最大扰动增长率及其对应的波数较时间模式计算所得出的数
据更大,且更符合试验现象。SenecAlt等人采取线性稳定性的方法研究了薄膜破碎的机理,建立了有粘性和无粘性薄膜破碎的模型,并针对压力式旋流喷嘴的雾化情况进行了模拟及实验研究[4]。Liu和Reitzm研究了对于液体在常温常压的高速气流中的破碎机理,对液滴破碎过程中出现的能量平衡关系进行了分析,使用高倍快速照相机记录了液滴在不同破碎模式下各自的雾化特性,进行研究[5]。
在研究细水雾降温时大多数都是同时研究着细水雾灭火。Lentati、Jonesl、Grant、Arvind、Beyleri等人对细水雾与火焰相互作用进行了实验及理论研究,研究了采用不同压力喷射水雾,其对火灾区域烟气浓度与温度的变化的不同影响[6]。Prasad分析了细水雾对火灾中文都变化的影响的数值模拟,最后得出结论[7]。美国海岸警卫队的学者Back等人研究了狭窄空间中细水雾射流对火灾发展的影响和开阔空间中细水雾射流对火灾发展的影响,建立了受限空间火灾中细水雾扑灭火焰的准稳态模型,得到了不同雾滴直径对火灾发展的不同影响,并且给出了实验报告[8]。Vaarils研究了有通风系统的空间用细水雾灭火的特性,建立了瞬态的计算机模型,计算了气体密度、温度、成分、水汽含量随时间的变化规律,同时验证了模型[9]。Sllimizil等人针对细水雾熄灭甲烷气体火灾的特性进行了实验研究及数值模拟,得出了灭火效果受雾滴直径的影响关系和不同的水雾量与火灾强度的关系[10]。Kimsl对封闭空间的火灾在细水雾作用下扑灭情况进行了实验研究和数值模拟,并对有、无细水雾情况进行比较,分析了烟气浓度、温度、氧气浓度的变化规律[11]。国内学者刘江虹,崔正心、黄鑫等人分别对细水雾与固体木垛火的相互作用、抑制障碍物稳定火焰、抑制书架火进行了模拟实验,分别研究了喷水点与火源距离和喷水量对灭火效果的影响[12]。从上述各研究中可以看出,现阶段对细水雾降温效果的研究都是通过对细水雾灭火效果的研究来实现的。在空调领域,Molmmde对于喷水室的特性进行了专门研究,研究了喷雾难力、雾滴直径以及喷雾流量的变化对空气参数情况的影响[13]。在农业领域,李永欣、赵德菱、苗香雯等人对细水雾在温室的应用进行了研究,他们研究时,在温室的顶棚设置细水雾喷淋装置,当喷嘴工作时采集温室内温度变化的数据,进行分析[14]。通过上述分析可以得出,对于细水雾降温效果的研究多体现在消防灭火领域。