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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林素鈴
研究生(外文):Su-ling Lin
論文名稱:水霧粒徑對滅火效應影響評估之研究
論文名稱(外文):Study of the Effect on Water Spray Diameter Extinguish Fire
指導教授:鍾基強鍾基強引用關係
指導教授(外文):Kee-chiang Chung
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:水霧b類火災粒徑
外文關鍵詞:particle sizeB-type fireswater spray
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1987年蒙特婁協定禁用滅火效能佳、運用廣泛但卻危害生態環境的海龍製品並且國際海事組織要求2005年前所有客輪需要安裝自動撒水設備的雙重規範下,在時間成本壓力阻礙,限制海龍替代品市場發展,進而間接推動不需外加鋼瓶不佔空間、沒有藥效釋放需填充藥劑等問題的水滅火系統蓬勃發展。
如何規範液滴粒徑,在不同壓力噴灑出之液滴動量,是否會造成燃燒物質乳化,間斷燃燒連鎖反應;而不同燃燒物質是否在不同噴頭工作條件下,會有不同滅火效果與降溫曲線;以及不同液滴粒徑是否會造成燃燒物質噴濺火源或有效滅火等,皆是本研究分析方向,在此,本研究探討不同工作壓力與噴頭配合,產生液滴粒徑變化進行實驗研究,希望藉本研究之定量技術分析,提出油類火災最適之液滴粒徑,區分水霧系統運用的範圍,促使水霧噴頭能更有效且明確撲滅B類火災。
本研究經由實驗研究與理論分析所得結果大致合理,雖然沒有經由電腦數值模擬,不過針對油類火災中不溶於水的液體燃燒物質,其滅火趨勢仍有不錯偵測效果。
Study of the Effect on Water Spray Diameter Extinguish Fire


Student:Su-Ling Lin Advisor:Dr. Kee-Chiang Chung


Department of Mechanical Engineering
National Yunlin University of Science and Technology

ABSTRACT
In 1987 The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer ban on HALON fire extinguisher that capability to extinguishes fire is good, but harm the atmosphere of ecosystem. The international of organization of maritime (IMO) requested for all passenger vessels need to be set to automatically sprinkler system before 2005. The substitute for HALON must need in addition of the steel bottle that share the space and need or waste a lot of time for application of a building to extinguishes fire. That limit the market of substitute for HALON developed, and push grown water spray system.
What scope of water spray particle size can break off burn, what range of working pressure can make fuel material to emulsify interrupted a chain reaction etc. Thus, this research project to discuss with varied working pressure, flow rate, particle size to exterminate B-type fires.
The goal of this project is to provide a design technology and referable basis of .to exterminate oil fires.
Keywords: water spray,particle size, B-type fires
目錄 --------------------------------------------------------------------------- 頁次
中文摘要 --------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 --------------------------------------------------------------------------- ii
致謝 --------------------------------------------------------------------------- iii
目錄 --------------------------------------------------------------------------- iv
表目錄 --------------------------------------------------------------------------- vi
圖目錄 --------------------------------------------------------------------------- vii
符號說明 --------------------------------------------------------------------------- ix
一、 緒論 ------------------------------------------------------------------- 1
1.1 研究動機與目的------------------------------------------------------ 1
1.2 文獻探討--------------------------------------------------------------- 4
1.3 研究方法--------------------------------------------------------------- 6

二、 火災分類與設計原理------------------------------------------------ 8
2.1 火災分類--------------------------------------------------------------- 8
2.2 燃燒的型態---------------------------------------------------------------- 9
2.3 火災特性--------------------------------------------------------------- 11
2.4 火源設計--------------------------------------------------------------- 12

三、 易燃性液體與滅火機制火災--------------------------------------- 18
3.1 油類火災--------------------------------------------------------------- 18
3.2 B類火災熱傳--------------------------------------------------------- 18
3.3 B類火災物理參數--------------------------------------------------- 21
3.4 水霧滅火機制------------------------------------------------------------ 24

四、 水霧適用範圍與設計參數------------------------------------------ 27
4.1 水霧適用範圍--------------------------------------------------------- 27
4.2 水霧系統設計基本參數--------------------------------------------- 29
五、 水霧特性的量化--------------------------------------------------------- 33
5.1 粒徑的一般定義--------------------------------------------------------- 33
5.2 水霧平均粒徑定義------------------------------------------------------ 34
5.3 取樣大小與分佈範圍--------------------------------------------------- 36
5.4 實際量測水霧直徑與分佈之方法----------------------------------- 37

六、 實驗規劃--------------------------------------------------------------- 40
6.1 實驗設備概述--------------------------------------------------------- 40
6.2 實驗規劃--------------------------------------------------------------- 48
6.3 實驗結果與討論------------------------------------------------------ 49

七、 結論與建議------------------------------------------------------------ 77
7.1 結論--------------------------------------------------------------------- 77
7.2 後續研究建議--------------------------------------------------------- 78
附錄 物質安全資料表----------------------------------------------------- 79

參考文獻 --------------------------------------------------------------------------- 83
自傳 85

表目錄 頁次
表2-1 火災分類比較表------------------------------------------------------ 8
表2-2 不同物質之最大熱釋放率與所需時間-------------------- 13
表2-3 火源成長模式之係數------------------------------------------------ 16

表3-1 不同燃燒物質之燃燒率及完全燃燒熱--------------------------- 20
表3-2 燃池直徑大於0.2公尺,燃燒率評估表------------------------- 21
表3-3 氣、液、固體燃料之發火溫度-------------------------------------- 22
表3-4 化合物之燃燒上下限--------------------------------------------------- 24

表4-1 消防用水霧噴頭最低工作壓力------------------------------------ 30
表4-2 各國噴霧密度整理表------------------------------------------------ 31

表5-1 整理出常用的平均粒徑表示法------------------------------------- 36
表5-2 各種測定法比較--------------------------------------------------------- 39

表6-1 雷射繞射粒徑分析儀詳細規格表-------------------------- 45
表6-2 實驗數據整理表------------------------------------------------------ 55

圖目錄 頁次
圖1-1 水滴尺寸頻樸圖------------------------------------------------------ 3
圖2-1 固體、液體氣體之燃燒及有機物在燃燒時之火焰------------- 10
圖2-2 火災溫度-時間變化曲線圖 12
圖2-3 不同熱釋放率之火源成長線--------------------------------------- 15
圖2-4 各種火源成長形式的各類替代物質------------------------------ 15
圖3-1 氫氣之爆炸界限---------------------------------------------------------- 23

圖5-1 水滴平均直徑和水霧數目水霧總表面積之關係圖------------- 34
圖5-2 樣本數與誤差關係圖--------------------------------------------------- 37
圖5-3 液浸式測量原理表示圖------------------------------------------------ 38
圖5-4 弗蘭霍爾折射法測定原理表示圖--------------------------------- 38
圖5-5 都卜勒法測定原理表示圖------------------------------------------ 39

圖6-1 實驗室前視圖--------------------------------------------------------- 40
圖6-2 實驗佈置前視圖---------------------------------------------- 43
圖6-3 實驗佈置上視圖與熱電偶樹分佈圖------------------------ 43
圖6-4 雷射粒徑分析儀組成圖--------------------------------------------- 44
圖6-5 雷射繞射粒徑分析儀原理示意圖-------------------------- 44
圖6-6 實驗場所與水塔位置圖--------------------------------------------- 46
圖 6-7 火盆放置位置--------------------------------------------------------- 46
圖6-8 p=2時灑水情形----------------------------------------------------- 46
圖6-9 p=3.5時灑水情形--------------------------------------------------- 46
圖6-10 p=7時灑水情形------------------------------------------------------ 46
圖6-11 粒徑量測情形--------------------------------------------------------- 46
圖6-12 柴油燃燒初期--------------------------------------------------------- 47
圖6-13 柴油燃燒全盛期------------------------------------------------------ 47
圖6-14 spray1灑水時柴油滅火情形---------------------------------------- 47
圖6-15 多孔Mist 灑水情形-------------------------------------------------- 47
圖6-16 spray與撒水頭前視圖----------------------------------------------- 47
圖6-17 spray與撒水頭前視-------------------------------------------------- 47
圖6-18 單獨火源溫度曲線--------------------------------------------------- 56

圖目錄
圖目錄 頁次
圖6-19 實驗1-1熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 57
圖6-20 實驗2-1熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 57
圖6-21 實驗3-1熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 58
圖6-22 實驗4-1熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 58
圖6-23 實驗5-1熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 59
圖6-24 實驗6-1熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 59
圖6-25 實驗S-1熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 60
圖6-26 實驗1-2熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 60
圖6-27 實驗2-2熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 61
圖6-28 實驗3-2熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 61
圖6-29 實驗4-2熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 62
圖6-30 實驗5-2熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 62
圖6-31 實驗6-2熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 63
圖6-32 實驗S-2熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 63
圖6-33 實驗1-3熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 64
圖6-34 實驗2-3熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 64
圖6-35 實驗3-3熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 65
圖6-36 實驗4-3熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 65
圖6-37 實驗5-3熱電偶樹溫度分佈---------------------------------------- 66
圖6-38 實驗6-3熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 66
圖6-39 實驗S-3熱電偶樹溫度分佈--------------------------------------- 67
圖6-40 水霧粒徑與滅火時間關係圖-------------------------------------- 67
圖6-41 正庚烷溫度曲線圖-------------------------------------------------- 69
圖6-42 柴油溫度曲線圖------------------------------------------------------
圖6-43 汽油溫度曲線圖------------------------------------------------------ 69
圖6-44 正庚烷撒水後30秒溫度曲線----------------------------------- 70
圖6-45 柴油撒水後30秒溫度曲線-------------------------------------- 70
圖6-46 汽油撒水後30秒溫度曲線圖------------------------------------ 71
圖6-47 正庚烷撒水至滅火溫度變化-------------------------------------- 71
圖6-48 柴油撒水至滅火溫度變化----------------------------------------- 72
圖6-49 汽油撒水至滅火溫度變化----------------------------------------- 72
圖6-50 粒徑700-800μm 降溫曲線--------------------------------------- 73


圖目錄 頁次
圖6-51 粒徑700-800μm 柴油降溫曲線--------------------------------- 73
圖6-52 大流量大粒徑降溫曲線-------------------------------------------- 74
圖6-53 小流量大粒徑降溫曲線-------------------------------------------- 74
圖6-54 小流量小粒徑降溫曲線--------------------------------------------- 75
圖6-55 同壓力不同流量及粒徑溫度圖------------------------------------ 75
圖6-56 不同燃料相同參數實驗溫度圖------------------------------------ 76
參考資料
1. 內政部消防署統計資料,http://www.nfa.gov.tw/index_c.html
2. 消防安全設備水霧噴頭認可基準研究案,內政部消防署,2003年
3. GB33-92,自動噴水滅火系統水霧噴頭的性能和試驗方法,1992年
4. BS EN 12259-11,Fixed firefighting systems-Components for sprinkler and water spray systems-part11: Medium and high velocity water sprayers, 2000
5. UL2351,Standard for Spray Nozzles for Fire-Protection Service, 2000
6. 國際海事組織(IMO),國際海上生命安全公約,1974年
7. Montreal Protocol on Substances that Depletethe Ozone Layer, 1987.
8. Montreal Protocol on Substances that Depletethe Ozone Layer, 1989.
9. 蒙特婁議定書締約國第二次會議報告書,1990年。
10. 丹麥哥本哈根,第四次締約國大會會議報告書,1992年
11. 楊之遠,行政院國家永續發展委員會之角色與任務環境教育季刊37:18-241999年2月
12. 嚴萬璋,海龍替代品發展現況工研院工安衛中心,1997/03/20。
13. Herterich O. Water as an extinguishing. Fire Research Abstracts Publishing Company, 1960.
14. Lefebvre AH. Atomization and sprays. New York: Hemisphere. 1991.
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16. CNS 3658 “Classification of Fire Disaster” ,1980年
17. NFPA750, “Water Mist Fire Protection Systems”. 2002
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19. Fire & Safety 消防與防災科技雜誌,No.4 ,p.70,2003
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21. 美國NFPA 15 Water Spray Fixed Systems for Fire Protection
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22. 1960年Rasbash DJ. Rogowski ZW exc. “Mechanisms of extinction of liquid fires with water sprays. Combust Flame” 1960
23. Nash P. Rasbash DJ. “The use of water to extinguish fire. The Institution of Fire Engineers Annual Report”, 1955
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26. Fire & Safety 消防與防災科技雜誌,No.4 ,p.70,2003
27. 消防安全法令彙編,2003年
28. Ramsden N “Water mist-a status. Fire Prevention”, 1996
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30. Fire & Safety “細水霧滅火系統如何應用在半導體廠房廢棄管路防護”,No.7 ,p.144,2003
31. Fire & Safety “易燃性液體火災防制之對策”,No.3 ,p.78,2002
32. Fire & Safety “細水霧滅火系統在石化儲槽火災之消減應用”,No.10 ,p.78,2004
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