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(jī)、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(jī)或風(fēng)幕機(jī)。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(shí)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(dá)救生艙放置點(diǎn),在打開艙門進(jìn)入救生艙的過程中,巷道內(nèi)的有毒有害氣體會(huì)隨著避難人員進(jìn)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(jìn)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(kuò)散,將擴(kuò)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(biāo)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(gè)因素對(duì)空氣幕阻隔性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在救生艙艙門處設(shè)置空氣幕系統(tǒng)對(duì)阻隔艙外環(huán)境一氧化碳擴(kuò)散到艙內(nèi)具有明顯的效果,阻隔率可達(dá)65%~70%。1預(yù)備考試1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及設(shè)備實(shí)驗(yàn)在北京科技大學(xué)模擬救援實(shí)驗(yàn)室礦用密閉空間模擬艙內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)時(shí)、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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,首先對(duì)艙體本身做氣密實(shí)驗(yàn),測試救生艙本身的密封情況。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行不同規(guī)格氣幕管、不同一氧化碳濃度條件下氣幕管對(duì)一氧化碳?xì)怏w的阻隔性能實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)方法如下:(1)救生艙氣密性實(shí)驗(yàn)。氣密性實(shí)驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)救生艙艙體與外界氣體環(huán)境相隔絕的性能,實(shí)驗(yàn)參照軍用方艙的氣密標(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)空壓機(jī)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(dá)到1000Pa時(shí)停止運(yùn)行空氣壓縮機(jī),艙內(nèi)保持正壓時(shí)間不少于1min,關(guān)閉進(jìn)氣閥門。記錄數(shù)據(jù)。試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次,計(jì)算每分鐘的空氣泄漏量。(2)空氣幕阻隔一氧化碳性能實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)行順暢;第2種,在生存艙大環(huán)境內(nèi)充一氧化碳?xì)怏w,開動(dòng)艙內(nèi)通風(fēng)機(jī),擾動(dòng)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(shí)驗(yàn)過程中,大環(huán)境一氧化碳濃度降低,應(yīng)適當(dāng)開啟一氧化碳?xì)馄块y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(shí)空氣幕的阻隔效果;第5種,更換空氣幕管路,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。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(píng)價(jià)空氣幕的阻隔效果。若外界環(huán)境中目標(biāo)氣體的濃度為c0,目標(biāo)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(píng)判空氣幕的阻隔效果優(yōu)劣。滲透率較大時(shí),表示穿過空氣幕的目標(biāo)氣體較多,空氣幕阻隔效果差;滲透率較小時(shí),表示目標(biāo)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(shí)驗(yàn)2.1計(jì)算現(xiàn)代集內(nèi)壓壓板上2min提供泄漏量,計(jì)算結(jié)果圖3表明救生艙艙體難以達(dá)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(gè)點(diǎn),計(jì)算這3個(gè)壓差附近5min時(shí)間段內(nèi)的泄漏量,計(jì)算結(jié)果見表2。計(jì)算結(jié)果表明,救生艙內(nèi)正壓1200Pa時(shí),救生艙艙體每分鐘的泄漏量為0.0019m3/min,達(dá)到了國家軍事標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn),表明救生艙密封性能良好。2.2空氣幕隔離氧化性能實(shí)驗(yàn)(1)率曲線的繪制一氧化碳濃度為20×10-6時(shí),測定不同空氣幕兩側(cè)的一氧化碳濃度,計(jì)算得到一氧化碳的滲透率曲線如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同氣幕管對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)不同濃度的一氧化碳?xì)怏w的阻隔效果。一氧化碳滲透率曲線如圖5、圖6所示。實(shí)驗(yàn)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(shí),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(duì)阻隔外界一氧化碳向艙內(nèi)擴(kuò)散有明顯的效果,在1min時(shí)間內(nèi)空氣幕對(duì)一氧化碳的阻隔效果基本穩(wěn)定,阻隔率可達(dá)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(shí)驗(yàn)表明,救生艙選取開孔直徑0.5mm的氣幕管對(duì)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(duì)一氧化碳的阻隔效果優(yōu)于開孔直經(jīng)40mm