Experimental study of the dispersion of a fire suppression agent through a real size nozzle of an aircraft cargo cabin extinguisher system

Abstract

[ES] La mayoría de los sistemas activos de extinción de incendios consisten en inyectar un agente en el volumen donde ocurre el fuego. En el caso de la cabina de carga de la aeronave, el agente utilizado hasta la fecha es Halon 1301. De hecho, el nivel actual de seguridad, según la FAA, es el proporcionado por una concentración volumétrica del 6% de Halon 1301 en toda una zona de incendio protegida para una duración de 0.5 segundos. Sin embargo, se sabe que el Halón 1301 contribuye con el deterioro de la capa de ozono de la Tierra, y estará prohibido en los próximos años. La FAA ya ha definido un nivel de seguridad equivalente en términos del rendimiento (concentración y distribución espacial) del agente alternativo. En este trabajo, se prueban dos agentes alternativos y dos toberas diferentes. Se ha diseñado una instalación de laboratorio que consta de un sistema de inyección para controlar la presión de inyección y la duración de la inyección, en otras palabras, la masa inyectada del agente. El volumen de descarga es un recipiente rectangular de presión constante de aproximadamente 0.85 m3. Este recipiente está provisto de dos ventanas transparentes consecutivas de 0.75x0.75m para garantizar el acceso óptico a todo el proceso de inyección y mezcla. La distribución de la fase líquida del agente dentro de la maqueta se mide mediante la técnica "Diffuse Back-light Illumination" (DBI). La distribución de la fase de vapor, cuando está presente, se mide a través de la técnica de Schlieren de un solo paso. La primera tobera ensayada fue la que actualmente forma parte del sistema contra incendios en la cabina de carga de los aviones. Con esta, se obtuvo un chorro mayormente líquido con poca atomización y poco ángulo de apertura para ambos fluidos alternativos estudiados. Por esta razón, se propuso una nueva tobera cuya geometría fue seleccionada para aumentar la atomización del chorro y el ángulo de apertura del mismo, obteniéndose resultados satisfactorios.

[EN] Most of active fire suppression systems consist on injecting an agent into the volume set on fire. In the case of aircraft cargo cabin, the agent used up to date is Halon 1301. In fact, the current level of safety, according to the FAA, is that provided by a volumetric concentration of 6% Halon 1301 throughout a protected fire zone for a duration of 0.5 seconds. However, Halon 1301 is known to contribute to the depletion of Earth¿s atmospheric ozone layer, and it is going to be ban in the incoming years. The FAA has already defined an equivalent level of safety in terms of the performance (concentration and spatial distribution) of the alternative agent. In this work, two different alternative agents and two nozzles are tested. An injection system has been assembled in order to control the injection pressure and the injection duration, in other words, the agent injected mass. The discharge volume is a rectangular constant pressure vessel of approximately 0.85m3. This vessel is provided with two consecutive transparent windows of 0.75x0.75m in order to ensure optical access to the whole injection and mixing process. Liquid phase distribution of the agent inside the vessel is measured by means of Diffuse Back-light Illumination (DBI) technique. Vapor phase distribution, when present, is measured through the single-pass Schlieren technique. The first nozzle tested, the one actually present in the fire extinction system of the aircraft cargo cabin, showed a spray mostly in liquid phase with poor atomization and a small cone spray angle for both fluids studied. Therefore, a new nozzle geometry was selected in order to improve the spray atomization and the spray cone angle achieving successful outcomes.