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超音速干粉自动灭火技术的设计基础,http://www.5idzw.com
摘要：通过对气动力学相关知识的介绍，阐述了设计燃气型消防器材时优化气动力方案的重要性，其中涉及了与灭火弹的对比，论证了减压技术原理。
关键词：气动技术；马赫数；自动控制；减压技术
超音速干粉自动灭火技术（自控超声干粉灭火技术）出现时，是一种可移动放置的台式灭火装置，由外壳体、多孔管、干粉灭火剂和自控器件四部分组成。经过时间与市场的考验说明，这种燃气型的超音速干粉灭火技术，在动力喷管的设计理念上走出了新路子。
气动力学基础知识
设想一支两端封闭的圆柱形筒体，壁上在垂直于筒体轴线方向开有称之为喷管的小槽，筒内放置有燃烧后产生气体的化学物质（比如烟火剂），燃烧时产生的燃气经喷管向外排放。在（图2）中列出了四种不同类型的喷管，从结构简单的开始：（C）直管；（D）直管—外扩管；（B）内缩管—直管；（A）内缩管—（直管—）外扩管。假设通过气路开关仅仅开通其中一种类型的喷管，那么燃气在流经不同类型的喷管时，会产生出不同的气动力效果。
燃气型消防器材的设计
立足于前述结论，形成了在设计燃气型消防器材时所出现的不同取向：按照情况（D）的类型设计喷管，燃气减速，压力增高，部分能量消耗于产生负面效应，会出现一些不安全因素；在相当长的期间里，人们走这条技术路线，曾经创造出各种类型的灭火弹，成本低，能灭火，功不可没。依据航天技术的基本结论，按照情况（A）的类型设计喷管，让燃气流增速再增速，使压力减低减低，这时喷出的超音速燃气流形成高速冲击的气流磨，细化了干粉灭火剂，有着较强的灭火能力，特别是降低了能量消极耗损，使安全裕度增大。这两种不同的气动力设计方案，产品性能差异很大。正是基于诸多方面的理论分析与实践验证，我们首先开始并至今致力于研究这类超音速干粉自动灭火的新技术。
将这种应用于航天领域的动力技术移植于此，其作用是从相对固定的灭火装置将干粉灭火剂高速喷射进火场，以达到在高效、安全的前提下消防灭火的目的。
超音速灭火技术
超音速灭火这一新技术的优势，除了依据气动力学理论优化设计方案外，还表现在对燃气型轻便消防器材的引发控制手段上。我们采用国产微型电子器件，实现了可调节的感温型自动控制，国际展出的自控超声干粉灭火器材，都是感温型热敏元器件完成自动控制的。
在20世纪80年代末，通过温度控制超音速燃气流驱动干粉的灭火试验，在吴建勋教授和陕西省消防总队指导下，微型灭火装置当时所达到的技术水平体现在：1）燃气流速的马赫数M＞1；2）环境温度超过62.5±5℃时自控引发；3）人体安全试验证明，该类超音速干粉灭火器材，在一定的规则下可居家应用。
控制的能源可用电池，或者电池与市电并用；灭火装置启动前可在装订的温度下声、光提前灾情报警等等。从力学特性分析，启动后产生的合力为零，这样对放置点的强度没有特别要求，也不会产生破坏性影响。从这段发展历程可以看出，往消防科技领域引进气动力学中关于音速、关于亚、跨、超音速的概念来进行设计论证、建立相应的试验室与数据库很必要。这项技术受到国家重视、发展至2003年仍鉴定为国际首创，这也是重要原因。
在公安部消防局领导下，特别是万肇初总工程师的多方指导，我们将这一技术应用于烟草行业，并试制出固定式超音速干粉自动灭火装置，实现了这种灭火技术向固定式装备的进化。实践证明：钱学森先生的气动力学、工程控制、系统工程等理论，运筹学理念及其实践，在消防领域里大有用武之地。
反推作用力是客观存在且无法消除。依据牛顿定律，燃气流以超音速向火场推挽灭火剂时，必然会产生出相等的反推作用力，这是该项高新技术移植项目与生俱来就存在的，只是长时间以来，没能有效地降低后座力过大的弊端。
我们最初提出的固定式灭火装置设计方案，含有多个动力源（“启动器”）；出于安全需要，汇集为一个可分离式的启动器、且点火药与推进剂合二为一的点式结构。这种单一药剂的点式结构动力方案，接到火灾信号后要在毫秒级时段内，推进剂化学能全部转化为燃气动能；由于转化过程快，产生强烈振荡，其图形陡峭（图5），反作用力很大。我们设想，从灭火效果出发，将固体火箭发动机工作时间适量延长一个数量级，那么，要转化相同的化学能并使同量灭火剂达到足以灭火所需的喷射、扩散、雾化速度，就会随着能量释放加速度变小，将反推作用力平缓下来。依据这一原理，可以从药剂燃速设计上延长工作时间；还可以从硬件设计上增加启动脉冲数量，削尖补缺而降低后座力峰值（图6）。具备这一技术性能的，称为减压型超音速干粉灭火装置，使固定式超音速干粉灭火技术增加新的技术效益。
超音速干粉自动灭火技术发展成固定式、经演示得到国家烟草行业领导认可后，公安部消防局领导责成技术发明人应用它解决我国烟草行业的消防安全课题；在国家烟草专卖局有关部门领导下，解决香烟成品库、烟叶储备库的消防工程开始启动。现在，随着减压技术的实施，必将使我国烟草行业的消防工程进一步降低成本、提升安全水平。《人民日报》1993.5.17在报导这一技术时的标题是“让高科技走进千家万户”，除烟草行业外，这项技术的普及推广，仍然涉及减压技术问题。民用建筑的强度与结构，承受反推振荡的能力有限；况且现有固定式灭火器材向大型发展，还要增加灭火剂充装量，依然要解决后座力过大的问题。采用减压技术后，还可以在较低压强水平下选取原材用料及匹配设计参数，以降低用户负担，使灭火装置技术性能进一步优化。总之，采用减压技术会带来多方面效益，超音速干粉自动灭火技术迎来了第二个发展机遇。
参考文献：
[1]钱学森．星际航行概论．北京：科学出版社，1963．
[2]蔡俊德．超音速灭火技术．消防技术与产品信息，2003，（1）：70-71．
[3]GB12348-1990，工业企业厂界噪声标准．
[4]张森．让超音速技术更好地服务于消防事业．消防技术与产品信息，
2005，（4）：80．
[5]王铮，胡永强．固体火箭发动机．北京：宇航出版社1993．
[6]钱学森．工程控制论．北京：科学出版社，1980．
，超音速干粉自动灭火技术的设计基础
摘要：通过对气动力学相关知识的介绍，阐述了设计燃气型消防器材时优化气动力方案的重要性，其中涉及了与灭火弹的对比，论证了减压技术原理。
关键词：气动技术；马赫数；自动控制；减压技术
超音速干粉自动灭火技术（自控超声干粉灭火技术）出现时，是一种可移动放置的台式灭火装置，由外壳体、多孔管、干粉灭火剂和自控器件四部分组成。经过时间与市场的考验说明，这种燃气型的超音速干粉灭火技术，在动力喷管的设计理念上走出了新路子。
气动力学基础知识
设想一支两端封闭的圆柱形筒体，壁上在垂直于筒体轴线方向开有称之为喷管的小槽，筒内放置有燃烧后产生气体的化学物质（比如烟火剂），燃烧时产生的燃气经喷管向外排放。在（图2）中列出了四种不同类型的喷管，从结构简单的开始：（C）直管；（D）直管—外扩管；（B）内缩管—直管；（A）内缩管—（直管—）外扩管。假设通过气路开关仅仅开通其中一种类型的喷管，那么燃气在流经不同类型的喷管时，会产生出不同的气动力效果。
燃气型消防器材的设计
立足于前述结论，形成了在设计燃气型消防器材时所出现的不同取向：按照情况（D）的类型设计喷管，燃气减速，压力增高，部分能量消耗于产生负面效应，会出现一些不安全因素；在相当长的期间里，人们走这条技术路线，曾经创造出各种类型的灭火弹，成本低，能灭火，功不可没。依据航天技术的基本结论，按照情况（A）的类型设计喷管，让燃气流增速再增速，使压力减低减低，这时喷出的超音速燃气流形成高速冲击的气流磨，细化了干粉灭火剂，有着较强的灭火能力，特别是降低了能量消极耗损，使安全裕度增大。这两种不同的气动力设计方案，产品性能差异很大。正是基于诸多方面的理论分析与实践验证，我们首先开始并至今致力于研究这类超音速干粉自动灭火的新技术。
将这种应用于航天领域的动力技术移植于此，其作用是从相对固定的灭火装置将干粉灭火剂高速喷射进火场，以达到在高效、安全的前提下消防灭火的目的。
超音速灭火技术
超音速灭火这一新技术的优势，除了依据气动力学理论优化设计方案外，还表现在对燃气型轻便消防器材的引发控制手段上。我们采用国产微型电子器件，实现了可调节的感温型自动控制，国际展出的自控超声干粉灭火器材，都是感温型热敏元器件完成自动控制的。
在20世纪80年代末，通过温度控制超音速燃气流驱动干粉的灭火试验，在吴建勋教授和陕西省消防总队指导下，微型灭火装置当时所达到的技术水平体现在：1）燃气流速的马赫数M＞1；2）环境温度超过62.5±5℃时自控引发；3）人体安全试验证明，该类超音速干粉灭火器材，在一定的规则下可居家应用。
控制的能源可用电池，或者电池与市电并用；灭火装置启动前可在装订的温度下声、光提前灾情报警等等。从力学特性分析，启动后产生的合力为零，这样对放置点的强度没有特别要求，也不会产生破坏性影响。从这段发展历程可以看出，往消防科技领域引进气动力学中关于音速、关于亚、跨、超音速的概念来进行设计论证、建立相应的试验室与数据库很必要。这项技术受到国家重视、发展至2003年仍鉴定为国际首创，这也是重要原因。
在公安部消防局领导下，特别是万肇初总工程师的多方指导，我们将这一技术应用于烟草行业，并试制出固定式超音速干粉自动灭火装置，实现了这种灭火技术向固定式装备的进化。实践证明：钱学森先生的气动力学、工程控制、系统工程等理论，运筹学理念及其实践，在消防领域里大有用武之地。
反推作用力是客观存在且无法消除。依据牛顿定律，燃气流以超音速向火场推挽灭火剂时，必然会产生出相等的反推作用力，这是该项高新技术移植项目与生俱来就存在的，只是长时间以来，没能有效地降低后座力过大的弊端。
我们最初提出的固定式灭火装置设计方案，含有多个动力源（“启动器”）；出于安全需要，汇集为一个可分离式的启动器、且点火药与推进剂合二为一的点式结构。这种单一药剂的点式结构动力方案，接到火灾信号后要在毫秒级时段内，推进剂化学能全部转化为燃气动能；由于转化过程快，产生强烈振荡，其图形陡峭（图5），反作用力很大。我们设想，从灭火效果出发，将固体火箭发动机工作时间适量延长一个数量级，那么，要转化相同的化学能并使同量灭火剂达到足以灭火所需的喷射、扩散、雾化速度，就会随着能量释放加速度变小，将反推作用力平缓下来。依据这一原理，可以从药剂燃速设计上延长工作时间；还可以从硬件设计上增加启动脉冲数量，削尖补缺而降低后座力峰值（图6）。具备这一技术性能的，称为减压型超音速干粉灭火装置，使固定式超音速干粉灭火技术增加新的技术效益。
超音速干粉自动灭火技术发展成固定式、经演示得到国家烟草行业领导认可后，公安部消防局领导责成技术发明人应用它解决我国烟草行业的消防安全课题；在国家烟草专卖局有关部门领导下，解决香烟成品库、烟叶储备库的消防工程开始启动。现在，随着减压技术的实施，必将使我国烟草行业的消防工程进一步降低成本、提升安全水平。《人民日报》1993.5.17在报导这一技术时的标题是“让高科技走进千家万户”，除烟草行业外，这项技术的普及推广，仍然涉及减压技术问题。民用建筑的强度与结构，承受反推振荡的能力有限；况且现有固定式灭火器材向大型发展，还要增加灭火剂充装量，依然要解决后座力过大的问题。采用减压技术后，还可以在较低压强水平下选取原材用料及匹配设计参数，以降低用户负担，使灭火装置技术性能进一步优化。总之，采用减压技术会带来多方面效益，超音速干粉自动灭火技术迎来了第二个发展机遇。
参考文献：
[1]钱学森．星际航行概论．北京：科学出版社，1963．
[2]蔡俊德．超音速灭火技术．消防技术与产品信息，2003，（1）：70-71．
[3]GB12348-1990，工业企业厂界噪声标准．
[4]张森．让超音速技术更好地服务于消防事业．消防技术与产品信息，
2005，（4）：80．
[5]王铮，胡永强．固体火箭发动机．北京：宇航出版社1993．
[6]钱学森．工程控制论．北京：科学出版社，1980．
，超音速干粉自动灭火技术的设计基础
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