餐饮业烟道油垢自燃发火机理及细水雾自动灭火系统研究

论文摘要

随着我国经济的高速发展和城市规模的不断扩大,餐饮服务业得到了迅速的发展,酒店、宾馆、食堂厨房烟道火灾屡屡出现。由于大型餐饮业的烟道火灾不仅可能造成巨大的财产损失和人员伤亡,而且会产生极坏的社会影响,研究此类火灾机理并开发能够及时有效地控制此类火灾的发生和蔓延的装备具有非常重要意义。本文从餐饮业油烟道火灾原因出发,研究油烟道油垢燃烧特性作为切入点,采用现场分析验证及实验和数值模拟的研究方法,重点对油垢的燃烧特性、油烟道火灾蔓延规律、细水雾灭火特性分析、细水雾灭火系统研制等进行了比较深入的分析研究。论文主要研究工作和成果有：（1）在统计了部分油烟道火灾案例和实地调查的基础上,采用模糊事件树分析方法得到造成油烟道火灾的主要原因是油烟道内油垢没有及时清除；从油烟道可燃物——油垢物理特性出发,自行研制了满足油垢燃烧特性实验研究的较大物量（约15g）进样的热重分析装置,并通过引入自适应小波去噪分析方法,消除实验装置带来的误差,满足热重分析需要。（2）通过采用热重分析和傅立叶红外光谱分析相结合的方法,分析油烟道油垢燃烧特性。研究分析结果表明,油垢热重分析在空气气氛下的失重过程分五步进行,第一步失重发生在室温到105℃,由水分的蒸发引起；第二步失重发生在105～220℃之间,失重量大约占试样初始总重量的10%左右,这部分失重是由于低沸点化合物分解引起的；第三步失重过程自200℃左右开始发生,并在300～400℃之间很快地加速,最大失重速率温度在370℃附近,失重份额近40%,此过程主要是不饱和烃燃尽；第四步失重过程紧接着第三步失重,直到520℃左右结束,失重份额近15%左右,主要是羰基酯燃尽；第五步失重过程紧接着第四步失重,直到600℃左右结束,最大失重速率温度在560℃附近,此阶段饱和烃燃尽。试样的总体失重达到了90%左右。由于第一阶段失重由于水分蒸发引起,不属于热重分析范畴,根据积分动力学分析方法对后四阶段失重进行分析,提出了四阶段“一级+三维扩散模型”,油垢燃烧特性的总体表现失重过程可以是看作四种不同组分的物质在不同温度区间内发生的失重过程。（3）建立了一个实尺寸单管油烟道油垢燃烧物理模型。通过统计学正交设计方法建立工况组合,模拟计算得到各个时刻风管内气流温度、流速等变化及燃烧发展情况。为客观考查和比较各工况火灾发生的影响程度,准确描述火灾发生的概率,引入了“着火温度概率函数PFT”的综合考核指标,并进行了影响因素分析。结果表明,单管油烟道火灾的“因素主次”一致为：风速对火灾影响最大,其次为油垢厚度和油烟道壁面厚度,相比较油烟道断面尺寸的影响最小。模拟计算结果发现油烟道直角弯管的拐弯处火灾时温度最高,所以在油烟道设计时油烟道的连接应采用弯头连接形式,一方面可以有效的防止油垢在拐弯处过度沉积,另一方面可以降低火灾时直角弯头局部温度。（4）建立了一个实尺寸单管油烟道系统灭火实验物理模型。通过统计学正交设计方法建立工况组合,得到相应的温度场和灭火时间数据。为客观考查和比较细水雾灭火的影响因素,首次提出了“灭火温度概率函数PMT”的综合考核指标,并进行了影响因素分析。结果表明,单管油烟道细水雾灭火的“因素主次”为：风速对灭火影响最大,其次为喷头个数、喷射角和细水雾压力,相比较细水雾粒径的影响最小。（5）通过自行搭建的全尺寸单管油烟道火灾实验平台,进行了常压水喷淋和不同特性细水雾喷淋灭火实验。通过实验结果发现,常压水喷淋灭火由于水滴较大受气流影响较小灭火效果比较好；由于存在较强的气流,细水雾雾滴不能达到火源区域,从而因无法完全覆盖灭火效果降低；对于小流量的细水雾灭火系统,在一定范围内改变雾滴的大小几乎不改变其灭火效果；细水雾喷雾压力对灭火效果的影响并不明显；增加喷头个数能明显增强细水雾灭火效果；含有氯化钠为添加剂的细水雾比纯水细水雾灭火效果更好。另外,油烟道发生火灾时应该在第一时间关闭风机、打开防火风门。（6）在油垢燃烧特性实验、FDS火灾模拟、细水雾灭火实验模拟和单管烟道火灾灭火实验的基础上,通过采用热电偶树的温度监测形式,采用细水雾灭火方式设计了火灾自动探测、火灾报警及自动喷淋的油烟道细水雾灭火系统。当烟道温度超过危险温度临界值时,控制系统发出报警,如果报警时间持续10s后烟道温度没下降,控制系统自动关闭风机,开启防火风门,启动细水雾灭火系统自动扑灭火灾。（7）在自行研制的油烟道细水雾灭火系统上进行灭火实验,实验证明,该系统能很好的扑灭油烟道火灾。油烟道内火灾持续时间越长油烟道内温度越高,油垢燃烧处于第三阶段燃烧反应剧烈,火灾扑灭难度越大,应在火灾初期尽早扑灭。采用基于熵权的模糊综合评价方法建立了油烟道细水雾自动灭火系统可靠性评价模型,选取了平均故障率、平均无故障工作时间、有效度、平均修复时间、维修费用率、可靠度、故障密度作为评价指标,可靠性评价结果显示该油烟道自动细水雾灭火系统可靠性等级为可靠级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 餐饮业油垢成份研究
• 1.2.2 油烟道火灾探测技术研究
• 1.2.3 油烟道灭火方法及设备研究
• 1.2.4 存在的主要问题
• 1.3 本文研究内容、目标和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 餐饮业油烟道火灾可燃物及其特性实验设计
• 2.1 餐饮业油烟道火灾原因分析
• 2.1.1 基于模糊集理论的事件树分析方法
• 2.1.2 餐饮业油烟道火灾事故分析
• 2.2 油垢特性参数测试方法
• 2.2.1 实测对象选取
• 2.2.2 油垢特性参数实验分析方法
• 2.3 油垢燃烧特性实验系统设计
• 2.3.1 油垢燃烧实验系统原理
• 2.3.2 燃烧特性实验系统的组成
• 2.3.3 影响测试结果的仪器因素分析
• 2.3.4 实验系统误差消除方法及参数
• 2.4 油垢燃烧实验数据预处理方法
• 2.4.1 小波自适应降噪方法
• 2.4.2 小波分析对热重数据的消噪处理
• 2.4.3 小波去噪方法有效性的证实
• 2.5 本章小结
• 第三章 餐饮业油烟道油垢燃烧动力学分析
• 3.1 油垢基本特性参数
• 3.2 油垢热重实验研究
• 3.2.1 油垢热重分析实验
• 3.2.2 油垢燃烧残留物红外光谱分析实验
• 3.3 油垢热解动力学模型建立
• 3.3.1 基本热解动力学模型
• 3.3.2 油垢热解动力学模型建立
• 3.3.3 油垢热解动力学模型可靠性的验证
• 3.4 油垢燃烧动力学分析
• 3.4.1 油垢燃烧动力学分析
• 3.4.2 油垢着火温度
• 3.5 本章小结
• 第四章 餐饮业单风管油烟道油垢燃烧数值模拟研究
• 4.1 模拟理论模型的实现
• 4.2 单风管油烟道油垢燃烧模型
• 4.2.1 单风管油烟道基本模型
• 4.2.2 模拟程序和计算参数选择
• 4.3 油烟道火灾数值模拟分析
• 4.3.1 油垢燃烧温度场综合特性
• 4.3.2 油垢燃烧温度场可视化表达
• 4.4 油烟道火灾分析与讨论
• 4.4.1 综合评价与分析
• 4.4.2 重要因素影响分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 餐饮业单风管油烟道细水雾灭火模拟及实验研究
• 5.1 细水雾灭火机理及模拟工况设计
• 5.1.1 细水雾灭火机理
• 5.1.2 细水雾灭火模拟实验工况设计
• 5.2 细水雾灭火模拟结果及分析
• 5.2.1 细水雾灭火综合特性
• 5.2.2 细水雾灭火温度场可视化表达
• 5.2.3 综合评价与分析
• 5.3 细水雾灭火实验工况设计
• 5.3.1 实验台基本构造
• 5.3.2 实验系统数据采集
• 5.4 细水雾灭火实验结果与讨论
• 5.4.1 细水雾与水喷淋系统比较
• 5.4.2 细水雾喷雾压力对灭火效果的影响
• 5.4.3 雾滴半径对灭火效果的影响
• 5.4.4 喷雾角度对灭火效果的影响
• 5.4.5 气流对灭火效果的影响
• 5.4.6 喷头数量对灭火效果的影响
• 5.5 添加剂细水雾灭火性能实验研究
• 5.5.1 氯化钠对细水雾灭火的影响
• 5.5.2 添加剂细水雾灭火实验
• 5.5.3 实验数据及结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 餐饮业油烟道火灾自动灭火系统研制
• 6.1 两灶台油烟道系统设计
• 6.1.1 厨房排烟系统的构成
• 6.1.2 厨房油烟排风量的确定
• 6.1.3 厨房油烟道系统设计
• 6.2 油烟道火灾探测及报警系统设计
• 6.2.1 电源电路
• 6.2.2 火灾探测元件
• 6.2.3 信号处理模块
• 6.2.4 系统软件设计
• 6.3 油烟道细水雾灭火系统设计
• 6.3.1 压力水驱动装置设计
• 6.3.2 细水雾喷头及其性能指标
• 6.3.3 水系统参数设计
• 6.3.4 烟道灭火系统整体设计
• 6.3.5 系统其它组成部分
• 6.4 细水雾灭火系统功能验证
• 6.5 本章小结
• 第七章 餐饮业油烟道自动灭火实验研究及可靠性分析
• 7.1 油烟道系统火灾过程的数值模拟
• 7.1.1 实验油烟道数值模拟模型设定
• 7.1.2 火灾数值模拟结果分析
• 7.2 细水雾灭火过程的数值模拟
• 7.2.1 灭火油烟道数值模拟模型设定
• 7.2.2 实验油烟道数值模拟结果分析
• 7.3 细水雾灭火实验研究
• 7.3.1 纯水细水雾灭火实验验证
• 7.3.2 含添加剂细水雾灭火实验验证
• 7.3.3 预燃时间对灭火影响
• 7.4 油烟道细水雾灭火系统可靠性评价
• 7.4.1 指标体系的建立与相关参数确定
• 7.4.2 细水雾灭火系统可靠性评价
• 7.4.3 灭火系统可靠性模糊综合评价
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果