喷溅又称沸喷。是
原油或重质油品贮罐(池)着火后,一种喷射性燃烧的现象。喷溅是由于贮罐(池)底部有水垫层存在,着火后在热波作用下, 使水垫层被加热到汽化温度(100℃) 后而发生的。喷溅时会产生空中火柱形燃烧,高达70~120米;没有燃尽的油品落地后,还会突然造成大面积燃烧,伤害人员、毁坏车辆、装备,甚至会引起邻近贮罐(池)的爆炸燃烧,给灭火作战带来严重威胁。消防指战员在扑救这类火灾时,应有足够的思想准备。火场指挥员应准确预测喷溅发生的时间,在作战部署、火情监视、人员防护、紧急撤离等诸多方面,要有认真充分地准备,采取必要的措施,力争把火扑灭在喷溅发生之前。
喷溅产生的原因
研究表明:力的作用、熔池气泡的逸出、液池瀑沸等因素导致熔池产生喷溅现象。
1)力的作用:作用1:熔池表面的力有电磁收缩力、电子轰击力、电场力和由温度梯度引起的
表面张力等。在这些力的作用下,熔池中的
液态金属将流动。当液态金属的流速超过一定值时,熔池便会出现紊流现象。紊流时液体的粘性阻力很小,且流体做不规则运动,所以紊流状态I/极易产生喷溅现象。相反,流体处于层流时,由于粘性阻力大,几乎不发生喷溅—因此,紊流现象的存在是喷溅现象具有随机性和离散性的重要原因之一。
2)熔池气泡的逸出:气泡逸出主要是指某些金属在液态时溶解了气体,当温度的升高或气体压强的增大时,溶解度增大,而当温度或压强减小时,溶解度就会降低而产生过饱和气体,进而发生爆炸式逸出导致喷溅。气泡的逸出将对熔池的稳定产生随机扰动,破坏熔池内部的平衡流动状态,气泡的逸出不但使紊流区的喷溅概率增大,而且使
液态金属在层流区也有可能产牛喷溅,因此它进一步加剧了喷溅现象的随机性和离散性,
3)液池瀑沸:熔池表面可能存在某些高压区,在高压区内,不但材料的沸点将提高,而且该区域内液体的温度将超过材料在低压时的
沸点。因电弧不稳定,故局部高压区不能保持,因此这些区域中的液体便成为过热液体,进而产生瀑沸喷溅现象。
喷溅概率的影响因素
熔池的尺寸和形状会影响紊流区的深度和形状,而熔池的温度决定着
气泡逸出程度和瀑沸程度,所以熔池尺寸、形状和温度将影响熔池喷溅概率。
由喷溅产生原因可知,熔池温度越高,气泡逸出和液池瀑沸程度越剧烈,喷溅概率越大。因
粘滞阻力是抑制喷溅的重要因素,所以,熔池粘度越大,越难发生喷溅。
喷溅模型
1、熔池基本参数熔池的基本参数可由温度场的计算结果给出,而温度场的数值计算已很成熟,并有专用软件如ANSYS等,故这里只介绍温度场的计算方法。触头在电弧作用下发生了材料相变,故电弧作用下的触头热传播过程属于移动边界问题,一般采用焓法和显热容法解决移动边界问题。焓法的主要思路是将热焓和温度一起作为待求函数,在整个区域(包括液相、固相和两相界面)建立一个统一的能量方程,利用数值方法求出热焓分布,然后确定两相界面,因此不需跟踪界面,就可将液相区和固相区分开处理。
2、对于一个确定的熔池,熔池中的液态金属处于紊流态时极易发生喷溅,而处于层流时喷溅概率很小。因为熔池中紊流区域很薄,所以喷溅概率从紊流区到层流区衰减很快,可以认为其服从指数衰减。通过温度场计算可知,熔池温度变化梯度不太剧烈,不会发生突变。因此,气泡逸出和液池瀑沸概率变化相对较缓慢,即喷溅概率的变化趋势相对比较缓慢。所以,先把温度与喷溅概率的关系假设成
抛物线映射关系,然后由试验结果验证。采用抛物线映射,不仅简单,而且具有普遍的适用性。
抑制飞机溅射的因素
(1)舭弯。舭弯为船体横截面外侧一.段弯曲孤线,其作用是改变须状喷贱的方向,使其沿弯曲船体表面向斜下方与船体分离,以降低喷溅高度。
(2)抑波槽。在前体船底两侧沿舭线设置沟槽,目的是将船底横向的喷贱水流控制在纵向沟槽中,变成纵向流动,并从抑波槽出口流出,以改善中低速喷溅性能,以免喷溅水流冲击螺旋桨和襟翼,以及发动机进气道。
(3)挡水板。位于船艏舭线上方的挡水板,其作用是阻止波浪中艏部波浪砰击水花飞溅,影响飞行员视界,许多大型水上飞机/
水陆两栖飞机均设此挡水板,用以抑制波浪中艏部波浪砰击水花。
(4)纵向反断阶。
纵向反断阶为沿船体横向一定距离布置的多个纵向阶梯,其可阻止船体横向流动,具有一定的喷溅抑制效果。此种型式虽经美国兰利水池试验证明其抑制喷溅效果明显,但由于加工较复杂,还未应用于水上飞机船体。