空氣幕隔熱性能的影響因素研究

空氣幕隔熱性能的影響因素研究

空氣幕是由空氣處理設(shè)備、通風(fēng)機、管理系統(tǒng)和空氣分布裝置組成的產(chǎn)品，通常被稱為風(fēng)幕機或風(fēng)幕機。統(tǒng)一稱為空氣幕。根據(jù)空氣幕應(yīng)用范圍,可將空氣幕分為工業(yè)射流空氣幕、大門空氣幕、礦用空氣幕和地鐵空氣幕4種類型。根據(jù)空氣幕的使用性能,可分為熱空氣幕、冷空氣幕和防煙空氣幕3種類型。其中常見的為大門空氣幕、地鐵防煙空氣幕和礦用空氣幕。礦用救生艙及其避難硐室設(shè)置于礦井巷道內(nèi),在礦井事故發(fā)生后,為井下工作人員提供臨時避難空間。在瓦斯爆炸、火災(zāi)等大型礦井事故發(fā)生后,井下工作人員佩戴自救器到達救生艙放置點,在打開艙門進入救生艙的過程中,巷道內(nèi)的有毒有害氣體會隨著避難人員進入救生艙。通過救生艙空氣阻隔技術(shù)的研究,可了解有毒有害氣體隨避難人員進入救生艙的情況,并通過設(shè)置空氣幕等方式,阻隔巷道環(huán)境內(nèi)有害氣體向艙內(nèi)擴散,將擴散到艙內(nèi)的有害氣體控制在一定的范圍內(nèi),從而保證避難人員的生命安全。本文選取一氧化碳為目標氣體,研究了空氣幕開孔直徑、開孔間距及外環(huán)境一氧化碳濃度3個因素對空氣幕阻隔性能的影響。實驗結(jié)果表明,在救生艙艙門處設(shè)置空氣幕系統(tǒng)對阻隔艙外環(huán)境一氧化碳擴散到艙內(nèi)具有明顯的效果,阻隔率可達65%~70%。1預(yù)備考試1.1實驗設(shè)計及設(shè)備實驗在北京科技大學(xué)模擬救援實驗室礦用密閉空間模擬艙內(nèi)進行。試驗用救生艙如圖1所示,艙體為雙層鈑金結(jié)構(gòu),內(nèi)設(shè)高效隔溫材料,能夠有效阻隔艙外熱量傳遞以及有毒有害氣體侵入。艙體為雙層門結(jié)構(gòu),內(nèi)部空間體積約為8.6m3。實驗時采用KJ70型煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測艙內(nèi)外各環(huán)境參數(shù)濃度變化情況,該系統(tǒng)具有實時、歷史數(shù)據(jù)及曲線生成功能。前端監(jiān)測設(shè)備包括氧氣、一氧化碳、二氧化碳、溫度、甲烷、硫化氫傳感器及風(fēng)速儀。實驗用空氣幕采用10mm×10mm方管,每根氣幕方管長為1550mm,每根氣幕方管分上下兩段,中間用三通連接,采用中間進氣方式,如圖2所示。研究表明,空氣幕的阻隔性能與其風(fēng)速值和風(fēng)流均勻性有較大的關(guān)系,不同的氣幕管阻隔效果具有較大差異,合理地設(shè)置氣幕管開孔直徑和開孔間距,有利于在有限的氣體供應(yīng)條件下發(fā)揮更好的阻隔效果。根據(jù)氣幕管開孔孔徑和開孔間距的不同,本實驗采用的氣幕管分為4種規(guī)格,見表1。1.2空氣泄漏量測定為保證實驗數(shù)據(jù)的準確性,首先對艙體本身做氣密實驗,測試救生艙本身的密封情況。在此基礎(chǔ)上,進行不同規(guī)格氣幕管、不同一氧化碳濃度條件下氣幕管對一氧化碳氣體的阻隔性能實驗。具體實驗方法如下:(1)救生艙氣密性實驗。氣密性實驗的目的是檢驗救生艙艙體與外界氣體環(huán)境相隔絕的性能,實驗參照軍用方艙的氣密標準。具體方法為:在艙體合適位置安裝測壓管和充氣管,關(guān)閉救生艙所有的門窗孔口;啟動空壓機將艙內(nèi)注入空氣,使艙內(nèi)壓力升高,救生艙內(nèi)外壓差達到1000Pa時停止運行空氣壓縮機,艙內(nèi)保持正壓時間不少于1min,關(guān)閉進氣閥門。記錄數(shù)據(jù)。試驗重復(fù)進行3次,計算每分鐘的空氣泄漏量。(2)空氣幕阻隔一氧化碳性能實驗。本實驗選取的一氧化碳濃度分別為:10×10-6,15×10-6,20×10-6和30×10-6。實驗采用救生艙的生存艙模擬外部大環(huán)境,過渡艙模擬內(nèi)環(huán)境,在二道門處設(shè)置空氣幕,空氣幕吹氣方式采用側(cè)吹式。具體實驗方法分為5種:第1種,安裝開孔直徑為0.5mm,孔間距為20mm的氣幕管關(guān)閉二道門,檢查空氣管路是否漏氣,并調(diào)節(jié)氣路使空氣幕運行順暢;第2種,在生存艙大環(huán)境內(nèi)充一氧化碳氣體,開動艙內(nèi)通風(fēng)機,擾動艙內(nèi)氣體環(huán)境,直至大環(huán)境內(nèi)一氧化碳濃度為10×10-6;第3種,開啟空氣幕,待空氣幕氣流穩(wěn)定后,迅速打開救生艙二道門,測定空氣幕兩側(cè)一氧化碳濃度變化情況;若實驗過程中,大環(huán)境一氧化碳濃度降低,應(yīng)適當開啟一氧化碳氣瓶閥門,維持大環(huán)境內(nèi)一氧化碳濃度基本保持不變;第4種,重復(fù)上述步驟,分別測定一氧化碳濃度為15×10-6,20×10-6和30×10-6時空氣幕的阻隔效果;第5種,更換空氣幕管路,重復(fù)以上實驗。1.3空氣幕阻隔效果分析為了便于比較分析,參考冷庫大門空氣幕冷風(fēng)滲透率的概念,本文引入有毒有害氣體滲透率來評價空氣幕的阻隔效果。若外界環(huán)境中目標氣體的濃度為c0,目標氣體穿過空氣幕后,導(dǎo)致艙內(nèi)的濃度為c,則其滲透率?可定義為?=cc0×100%(1)?=cc0×100%(1)通過?值的大小可評判空氣幕的阻隔效果優(yōu)劣。滲透率較大時,表示穿過空氣幕的目標氣體較多,空氣幕阻隔效果差;滲透率較小時,表示目標氣體穿過空氣幕較少,阻隔效果好。2空氣幕隔離氧化性能實驗2.1計算現(xiàn)代集內(nèi)壓壓板上2min提供泄漏量,計算結(jié)果圖3表明救生艙艙體難以達到完全的氣密,且在不同的壓差條件下泄漏量也不同。取1200,800和500Pa3個點,計算這3個壓差附近5min時間段內(nèi)的泄漏量,計算結(jié)果見表2。計算結(jié)果表明,救生艙內(nèi)正壓1200Pa時,救生艙艙體每分鐘的泄漏量為0.0019m3/min,達到了國家軍事標準關(guān)于有3防(防核污染、防生化武器、防化學(xué)武器)要求密閉方艙的氣密標準,表明救生艙密封性能良好。2.2空氣幕隔離氧化性能實驗(1)率曲線的繪制一氧化碳濃度為20×10-6時,測定不同空氣幕兩側(cè)的一氧化碳濃度,計算得到一氧化碳的滲透率曲線如圖4所示。實驗結(jié)果表明,不同氣幕管對一氧化碳的阻隔效果基本相近,其中,0.5~20mm和0.8~20mm兩種規(guī)格的空氣幕管阻隔效果略好,在1min時間內(nèi)空氣幕兩側(cè)一氧化碳濃度基本穩(wěn)定,穩(wěn)定后一氧化碳的滲透率為35%左右,即救生艙空氣幕可阻隔65%的一氧化碳。(2)大環(huán)境對二氧化碳-碳滲透率的影響選取0.5~40mm和0.8~40mm兩種規(guī)格的空氣幕管,測定其對不同濃度的一氧化碳氣體的阻隔效果。一氧化碳滲透率曲線如圖5、圖6所示。實驗表明,隨著大環(huán)境一氧化碳濃度的增大,一氧化碳滲透率相應(yīng)增大,即空氣幕的阻隔效果變差。一氧化碳濃度較低時,開孔直徑為0.5mm的氣幕管的阻隔效果優(yōu)于開孔直徑0.8mm氣幕管,穩(wěn)定后一氧化碳滲透率約為30%,即開孔直徑為0.5mm、開孔間距為40mm的氣幕管的一氧化碳阻隔率為70%。3救生艙空氣幕片直徑和開孔間距的影響(1)救生艙空氣幕對阻隔外界一氧化碳向艙內(nèi)擴散有明顯的效果,在1min時間內(nèi)空氣幕對一氧化碳的阻隔效果基本穩(wěn)定,阻隔率可達65%~70%。(2)氣幕管的阻隔性能與開孔直徑和開孔間距均有關(guān)系,實驗表明,救生艙選取開孔直徑0.5mm的氣幕管對一氧化碳的阻隔效果優(yōu)于開孔直經(jīng)0.8mm氣幕管,選取開孔間距為20mm的氣幕管對一氧化碳的阻隔效果優(yōu)于開孔直經(jīng)40mm