关键词：气液比；水成膜泡沫灭火剂；发泡倍数；析液时间

水成膜泡沫灭火剂因具有良好的扑救B类火灾的性能，被广泛应用于航空消防、油料消防、化工消防和城市消防中，在现代消防救援中发挥了重要作用。然而，现在使用的消防车车载泡沫发泡系统和泡沫枪炮无法自动调节水成膜泡沫灭火剂的发泡倍数，使得很多在售的合格泡沫灭火剂不能达到其最好的灭火效果。笔者通过研发没计一款能够任意控制进气量和液体流量的泡沫枪，使泡沫液能够与气体以各种比例充分混合从而使水成膜泡沫灭火剂获得最好的发泡倍数和析液时间，以提高水成膜泡沫灭火剂的灭火性能。

一、实验装置与测试方法

1.1实验装置

泡沫发生系统主要由空气压缩机、储气罐、空气干燥机、空气过滤器、储液罐、流量计、压力表、泡沫枪系统、阀门和数据采集系统等组成，如图1所示。空气压缩机将空气压缩到储气罐中，使压力稳定在1.2MPa，然后通过空气干燥机和过滤器除去空气中的水蒸气和其他杂质输入泡沫储液罐中，保证储液罐中的压力恒定在0～1MPa区间的任意压力值。利用电子显示屏直接读取液体流量计测得的泡沫液实时流量和气体流量计测得的泡沫枪实时进气量。

实验所用泡沫枪为自主设计研发的气液两相泡沫枪，由孔板、进气孔、混合腔、发泡网、发泡腔、喷嘴等组成，结构如图2所示。泡沫液经多孔板分流再由单孔板压缩后喷射，有效提高了泡沫液的流动速度，高速喷射的泡沫液经过混合腔与进入腔内的有压气体混合，经过多级发泡网进行充分混合后在发泡腔内发泡并喷出。 

测量泡沫发泡倍数和25%析液时间的装置为GBl5308—2006《泡沫灭火剂》中规定的标准析液测定器。整体测量设备如图3所示，包括铁架台、电子天平、析液测定器和秒表等。

1.2测试方法

将泡沫储液罐中的压力调到0.7MPa，通过喷射泡沫和调节进气阀使压力稳定在0.7MPa，读取流量计上泡沫液的流量值，本实验采用的泡沫液流量为2.9L／min。按照比较好的发泡性能调整泡沫枪中发泡网的级数和目数并固定，测定水成膜泡沫灭火剂在不同进气量的发泡倍数和25%析液时间。实验中泡沫枪的进气量按照一定的梯度增加，先利用大梯度找到大致影响规律后，再均匀地缩小梯度，从而找到进气量对发泡倍数和25%析液时间的影响规律并拟合影响曲线。

实验采用某一合格的6%水成膜泡沫灭火剂作为原料，发泡网采用目数为8O目的不锈钢网，级数采用3级。

通过调节进气量使气液混合比(进气量与泡沫液流量的比值)在2.5～22.5范围，选取9个不同气液比进行实验，每个混合比实验重复多次，观察和记录不同气液比下发泡倍数与25％析液时间。获取实验数据时，以稳定的三组连续实验结果并取算数平均值作为测定结果，对数据进行分析并拟合发泡倍数与25%析液时间随气液比的变化规律。实验中进气量的选择如表1所示，需要说明的是：实际实验气体进气量会随着操作过程和条件发生细微变化，与实验方案中计划的气液比略有差异。 

二、实验结果与分析

实验室温度为15～20℃，用纯净水配置6%的泡沫溶液，经充分搅拌均匀后注入泡沫储液罐中，然后将罐中压力保持在0.7MPa，泡沫枪的液体流量稳定在2.9L／min；调节泡沫枪的进气量，使进气量为泡沫液流量的2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、17.5、20.0、22.5倍进行实验，每个进气量取发泡倍数和25%析液时间连续稳定的3组数据，实验数据如表2所示。

2.1气液比对发泡倍数的影响

根据表2的实验数据，利用Matlab绘制发泡倍数随气液比变化的曲线图，如图4所示。

由图4可以看出，气液比在2.5～15.0范围内，泡沫的发泡倍数随气液比的增加基本呈等比例增大，在气液比超过15.0后，发泡倍数增加速率迅速减小并逐渐趋于恒定值18.0倍左右，拟合曲线如图中实线。这表明，气液比小于15.0时，对于同等流量的泡沫液而言，气体进气量越大，则气液比也越大，液体越容易被气体分散成细小液滴，则对应的接触面积增大，气液两相传质效果更好；随着气体流量的增加，气体压力越大，气液两相的滑移速度越来越大，使液体射流柱越来越明显，加大了液体流速，残留在管道底部的残液减少，泡沫液整体发泡效果随之提升，泡沫的发泡倍数就会明显变大。当气液比增大到15.0以上时，随着气液比的增大，单个泡沫的液膜壁变薄，泡沫的含气率增加，在输送过程中造成的泡沫破碎量和气液比增大产生的泡沫增加量相互抵消，最终导致此情况下泡沫发泡倍数无法继续增加而稳定在固定值。

为了便于分析和总结气液比对发泡倍数的影响规律，笔者采用最小二乘法对测量数据进行了拟合，得到发泡倍数随气液比的变化公式，如式(1)所示。

E=-3.811 6logx＋7.137 0   (1)

变化曲线如图4中的拟合曲线。在0.95置信水平下，相关系数R²=0.9692，残差平方和S²=0.9558。图5为拟合残差杠杆图。从图5可以看到，预测值与实际测量值的残差图都包括零点。综上表明，此拟合公式能够很好地反映发泡倍数随气液比的变化情况。

2.2气液比对泡沫25%析液时间的影响

根据表2的实验数据，利用Matlab绘制25%析液时间随气液比变化的曲线图，如图6所示。

由图6可以看出，气液比在2.5～5.0范围内，25%析液时间随气液比的增加迅速增大，混合比在5.O～10.0范围内，25%析液时间逐渐减小，混合比在10.0～22.5范围内，25%析液时间又逐渐增大并最后趋于稳定值。这表明，当气液比较小(≤5.O)时，泡沫发泡倍数较低，泡沫内未发泡的残留泡沫液较多，随着进气量的增大残留泡沫液继续发泡，就使得25％析液时间迅速增大；随着气液比的增大(5.O＜x≤12.5)，泡沫中的残留液继续减少，泡沫发泡倍数继续增大，但很多泡沫的壁厚减小，易于破碎，使得残留液的减少速度无法大于泡沫因壁厚减小破碎的速度，所以泡沫25%析液时间有所降低；当气液比继续增大(12.5＜x≤17.5)时，泡沫液发泡倍数继续增加，残留液继续减少，且残留液的减少速度逐渐大于泡沫因壁厚减小破碎的速度，所以泡沫的25%析液时问又开始逐渐增大；随着气液比继续增大(＞17.5)时，泡沫的发泡倍数增大的速率逐渐降低并最后稳定在恒定值，而此时液泡内含有的液相基也基本稳定并不再发生变化，所以泡沫的25%析液时间趋于平稳。

2.3不同发泡倍数对灭火性能影响

采用1.3m的方形油盘，燃料为航空煤油，泡沫喷射流量为2.9L／min，通过调节泡沫枪的气液比，使AFFF发泡倍数分别为5.1倍和8.3倍做灭火实验，实验结果如表3所示。

从表3可以看出，一种AFFF发泡倍数由5.1倍增加到8.3倍后，灭火时间缩短了近20S，灭火能力明显提高。结果表明，在相同火功率下，泡沫破碎速度相同(近)，随着泡沫发泡倍数增加，泡沫数量明显增多，残存在油面上的泡沫量增多，覆盖油面的速度增大，进而缩短了灭火时间。

三、结论

(1)实验证明，只要通过控制气液比，任何一种合格的水成膜泡沫灭火剂的发泡倍数都是可调的，而且可调节的范围较广。

(2)水成膜泡沫灭火剂在发泡过程中，气体进气量对发泡效果有明显的影响。泡沫的发泡倍数随气液比的增加先增大后趋于平稳。发泡倍数与气液比基本呈对数关系，关系表达式为E＝-3.8116logx+7.1370。

(3)水成膜泡沫灭火剂的25%析液时间随气液比的增加先增大后减小，到达某一比例时再次增大并最后趋于平稳。

(4)同种水成膜泡沫灭火剂，发泡倍数对其灭火性能有显著影响。

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本文主要内容来自于：陈现涛，贾井运，贺元骅，孟亚伟(中国民用航空飞行学院，四川广汉618307)

中图分类号：X924.4，TQ569文献标志码：A       文章编号：1009—0029(2016)03—0404—04

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