Su sisi ile söndürme: damlacık davranışı, engeller ve onaylı uygulama sınırı

Suyu nozülün ötesinde izlemek

Su, hareketli damlacık alanına dönüşmeden önce besleme sistemi ve nozülden geçer. Nozül basıncı ve iletilen debi bu alanın oluşumuna katkı sağlar; ancak tek başlarına boyut dağılımını veya varış yerini anlatmaz. Bazı damlacıklar sıcak gazlara girer, bazıları ekipmana çarpar, bazıları hedef bölgeden uzaklaşır. Gerekli büyüklük iddiaya bağlıdır: iletilen kütle, yerel akı, buharlaşma veya yüzey soğutması.

Görünür sisle dolmuş oda, engel arkasındaki tehlikeye ne kadar sıvı ulaştığını göstermez. Görünürlük, damlacık boyutu ve aydınlatmadan etkilenen optik gözlemdir. Ölçülmüş dağılımın veya onay koşulları içinde değerlendirilmiş tesisin yerini zayıf biçimde tutar. Bu nedenle “sis var” gözlemi ile “korunan alana gerekli etki ulaşıyor” iddiası aynı kayıt olarak kabul edilmemelidir.

Püskürtmenin tek çapı değil dağılımı vardır

NIST’in 1995 nozül karakterizasyonu çalışması, damlacık boyutunu ve hızını farklı konum ve işletme koşullarında ölçmüştür. Gerçek püskürtmenin dağılım içerdiği uygun başlangıçtır. Verilen ortalama çapın ağırlıklandırması ve ölçüm yeri belirtilmelidir. Sayı ortalaması ile hacim ağırlıklı tanım, aynı püskürtmenin farklı kısımlarını öne çıkarabilir. Ortalamaların eşit olması dağılımların eşit olduğunu göstermez.

Aşağıdaki örnek, geometriyi ayırmak için özdeş küresel damlacıklar kullanır. Ticari nozülün bu dağılımlardan birini ürettiğini iddia etmez. Birleşme, parçalanma, buharlaşma ve boyuta bağlı taşınım boşaltma sonrasında dağılımı değiştirebilir. Bu yüzden iyi tanımlanmış nozül çıkışı bile yangın yakınındaki püskürtmenin kendiliğinden tanımı olmaz; aradaki fiziksel yol da değerlendirilmelidir.

İki çapta eşit hacimleri karşılaştırmak

Özgün ideal popülasyonda Vw = 0,001 m³, yani 1 L su ve sabit kabul edilen 1 000 kg/m³ yoğunluk bulunsun. Kütlesi 1 kg olur. d = 100 μm ile d = 300 μm çapları karşılaştırılır. Damlacıklar birbirinden ayrı kürelerdir; henüz ısınmamış veya buharlaşmamıştır. Aynı toplam su, iki farklı geometriye bölünmüştür.

Tek damlacığın hacmi πd³/6, alanı πd²’dir. Böylece sayı N = 6Vw/(πd³), toplam yüzey alanı A = Nπd² = 6Vw/d olur. İki hesapta çap metre cinsinden kullanılmalıdır. Damlacık sayımı ideal sürekli popülasyon yaklaşımıdır; çok büyük sayının tam sayıya yuvarlanmasının etkisi burada ihmal edilebilir. Birim dönüşümü atlanırsa doğru formül bile yanlış sayı verir.

Geometrik üstünlüğü hesaplamak

100 μm damlacıklarda N yaklaşık 1,909859 milyar, A = 60 m² olur. 300 μm damlacıklarda N yaklaşık 70,735530 milyon, A = 20 m² bulunur. Çapı üçe bölmek, aynı su hacminde damlacık sayısını 27 katına, toplam yüzeyi üç katına çıkarır. Artışların farklı olması, hacmin çapın küpüyle ve alanın karesiyle değişmesinden kaynaklanır.

Tek 300 μm damlacığın kütlesi, tek 100 μm damlacığın 27 katıdır. Başlangıç hızları aynıysa tekil momentumları da aynı orandadır. Bu ifade toplam püskürtme momentumunu karşılaştırmaz: popülasyonlardaki damlacık sayıları farklıdır, toplam kütle ve hız eşit tutulmuştur. Tek damlacık ile bütün püskürtmenin büyüklüklerini birbirine karıştırmak, taşınım konusunda yanlış bir üstünlük iddiasına yol açar.

Eşit suyun ideal ısı alımı eşittir

Ayrı enerji bütçesinde her kilogramın 20 °C’den 100 °C’ye ısındığını ve varsayılan atmosfer basıncındaki kaynama koşulunda tamamen buharlaştığını kabul edelim. Yuvarlatılmış öğretim değerleri cp = 4,18 kJ/(kg·K) ve gizli ısı hfg = 2 257 kJ/kg olsun. Kızdırma ve diğer kayıplar dışarıda bırakılır. İdeal alım m[cp(100 − 20) + hfg] ile hesaplanır.

İki popülasyon da 2 591,4 kJ alır: duyulur ısı 334,4 kJ, buharlaşma ısısı 2 257 kJ’dür. Küçük damlacıklar daha fazla ara yüz sunar; ek su kütlesi veya kilogram başına ek gizli ısı yaratmaz. Şekil, hızlı aktarım varsayımının büyük toplam enerji kapasitesi sanılmaması için alanı ve enerjiyi yan yana karşılaştırır. Sonuç süre veya söndürme gücü vermez.

Isı aktarım hızı alandan fazlasını gerektirir

Örnek anlık taşınım ifadesi ısı hızı = hA(Tgaz − Tdamla) şeklindedir. A’yı üç katına çıkarmak, ancak ısı aktarım katsayısı ve sıcaklık farkı değişmiyorsa bu ifadeyi üç katına çıkarır. Yangındaki farklı damlacık popülasyonları için iki koşul da kendiliğinden kabul edilemez. Hızları, sıcaklıkları, buharlaşmaları ve çevrelerindeki gaz alanları farklı olabilir.

İdeal 2 591,4 kJ değeri, bir litrenin söndürebileceği yangın büyüklüğünü de belirlemez. Bu enerji, güç değildir. Isı açığa çıkış hızıyla karşılaştırmak için zaman ölçeği ve enerjinin nereden çekildiği bilinmelidir. Süren yakıt beslemesi, sıcak yüzeyler ve yakıta geri ısı aktarımı basit bütçenin dışındadır. Eşit enerji kapasitesi, iki dağılımın aynı hızda veya aynı bölgede etkili olacağını göstermez.

Momentum ve engeller varış yerini değiştirir

NIST’in damlacık–yüzey açıklaması, düşük momentumlu damlacıkların yükselen yangın akımıyla saptırılıp yakındaki yüzeyleri soğutabileceğini anlatır. Dolayısıyla doğrudan nüfuz tek olası mekanizma değildir. Fakat dolaylı soğutma da belirli engelli yangının yeterince soğutulduğunu kanıtlamaz. İlgili yerleşim için yollar ve etkileşimler gösterilmelidir; mekanizmanın mümkün olması, nicel etkisinin bilindiği anlamına gelmez.

Levha veya platform sıvıyı tutabilir, akıntı oluşturabilir, püskürtmeyi saptırabilir ve çevredeki hava akışını değiştirebilir. Bir bölgeyi doğrudan ıslanmadan korurken başka yerde buharlaşmaya zemin oluşturabilir. Engel arkasına çizilen basit gölge araştırma sorusunu belirlemeye yardım eder; kaybolan söndürme başarısını sayısallaştıramaz veya denenmemiş nozül taşınmasını tarif edemez. Şematik oklar ölçülmüş damlacık yörüngeleri değildir.

Uygulamayı deney dayanağıyla eşleştirmek

Suyla yerel uygulama ve bütün mahal koruması farklı görevlerdir. Belirli motor bölgesi için onay, bütün makine mahali için sınırsız onay sayılmaz. Hedef yangın senaryoları, geometri, nozül yerleşimi, besleme koşulları ve havalandırma kabulleri genel “su sisi” adından değil, uygulanabilir onay paketinden alınmalıdır. Aynı söndürücü maddenin kullanılması iki görev kapsamını eşitlemez.

IMO MSC.1/Circ.1387, ek bölüm 3.2, yerel uygulama nozül yerleşimini başarılı yangın deneyleriyle ve engellerle açıkça ilişkilendirir. 8 Eylül 2022 düzeltmesi, ekteki üç deney yerleşimi şeklini değiştirir ve bu kaynakla birlikte okunur. Bu belirli bir uygulama örneğidir. Hükümleri, yukarıdaki iki damlacık popülasyonunu deneye dönüştürmez veya tek çapın bütün deniz su sisi sistemlerine uygun olduğunu göstermez. Okunan sirküler kapsamı ile gerçek tesisteki onay kapsamı ayrıca eşleştirilmelidir.

Yerleşim değişikliği denenmiş problemi değiştirebilir

Yeni kablo tavası, ekipman kapağı veya geçici platform, pompa ve boru boyutları değişmese bile nozülden korunan bölgeye yolu değiştirebilir. Nozülün taşınması örtüşmeyi, mesafeyi ve yönü etkileyebilir. Yalnız aynı nominal debiye sahip başka nozülle değişim, boyut ve hız dağılımlarını değiştirebilir. Bir parça özelliğinin aynı olması bütün püskürtme davranışını korumaz.

Yararlı inceleme çıktısı, kurulu geometriyi onaylı tasarım ve yerleşim sınırlarına bağlayan izlenebilir kayıttır. Değişen özelliği, etkileyebileceği başarım kabulünü ve gereken yetkin değerlendirmeyi belirtir. Makale izin verilen engel yüzdesi veya evrensel açıklık vermez; bu büyüklükler eşit hacim geometrisinden türetilemez. İnceleme, belirsizliği fark etmekle başlar; denenmemiş düzeni kabul edilmiş gibi göstermekle bitmez.

Geometrik kanıtı yangın başarımından ayırmak

Hesap açık kabullerle üç sonucu kanıtlar: üç kat yüzey alanı, 27 kat popülasyon ve eşit ideal tam buharlaşma enerjisi. Püskürtme yörüngesi, buharlaşma geçmişi, yerel su akısı veya söndürme zamanı hesaplanmaz. Özellikle suyun belirli yüzdesinin yangına ulaştığı kanıtsız kabul edilmez. Bir geometrik oran, ölçülmemiş teslim oranının yerine kullanılamaz.

Savunulabilir başarım ifadesi ilgili deney dayanağını, onaylı ekipmanı, kurulu geometriyi ve gösterilmiş besleme koşullarını birleştirir. Alan hesabı bir mekanizmayı ve sınırını açıkladığı için yararlıdır. Asıl değeri, makul fiziksel açıklama yerleşim iddiasını desteklemeden önce hangi büyüklüklerin hâlâ bilinmediğini göstermesidir. Böylece doğru geometri, onay belgesi yerine geçirilmeden eğitimde kullanılabilir.

Kaynaklar

1. NIST: Determination of Water Spray Drop Size and Velocity From a Low Pressure, High Momentum, Water Mist Nozzle. 31 May 1995 report record — Abstract: measurements at varying spray locations and operating conditions
2. NIST: Droplet/Surface Interaction: Relevance to Fire Suppression. 5 January 2011 publication record — Abstract: deflection by a fire plume, surface impact and evaporation
3. IMO MSC.1/Circ.1387: Revised guidelines for approval of fixed water-based local application fire-fighting systems. 10 December 2010; read with Corr.1 of 8 September 2022 — Annex 3.2.1–3.2.2 and 3.3
4. IMO MSC.1/Circ.1387/Corr.1: Corrigendum. 8 September 2022 — Corrigendum replaces appendix figures 3.4.2.4, 3.4.2.5 and 3.4.2.6