【摘要】：隨著經(jīng)濟技術(shù)和科技水平的不斷發(fā)展,我國對公共安全設(shè)施的建設(shè)在不斷提升。消防滅火車作為撲滅火災(zāi)的重要設(shè)備,也在不斷更新?lián)Q代。消防車可分為三代,本文研究的液氮消防裝備屬于第三代消防車所使用的配套裝備,它噴射大流量、微粒化、高射速的“云狀”滅火劑,“云狀”滅火劑與火焰大面積接觸,改變了消防人員進入建筑物內(nèi)部強攻滅火的戰(zhàn)術(shù)。本文主要研究了液氮消防裝備的低溫閥門溫度分布特性和噴嘴氣液兩相流的噴射機理。以低溫截止閥為例,對其進行模型建立和網(wǎng)格劃分,并進行穩(wěn)態(tài)熱分析,得到低溫閥門的溫度分布和熱流量分布規(guī)律。針對噴嘴內(nèi)部兩相流的形態(tài)變化,選取不同尺寸參數(shù)的拉伐爾噴嘴和普通噴嘴進行流場分析,在建立幾何流體域模型的基礎(chǔ)上,運用VOF仿真模型對其進行模擬,得到了兩相流的壓強、密度、速度變化規(guī)律。并對不同噴嘴尺寸的流體噴射速度進行對比,得出了兩相流速度隨噴嘴尺寸的變化規(guī)律,提出了最佳的噴嘴尺寸。此外,還進行了噴嘴后坐力的計算,發(fā)現(xiàn)噴嘴的后坐力與流量成正比關(guān)系,與出口面積成反比關(guān)系。為了進一步研究噴嘴下游噴霧的分布特性,對液霧形成機理進行了分析,包括液膜的形成,液滴的破碎等,同時推導了液滴破碎的三大數(shù)學模型。通過對兩相流韋伯數(shù)的計算,確定了液滴破碎模型。在仿真模擬時,首先計算了兩相流噴射時的液膜厚度,通過對噴嘴出口截面處的兩相流參數(shù)的計算,研究了水霧噴射時不同氣液比、不同液相流量時的出口截面含氣率、液膜厚度的變化規(guī)律,液膜厚度隨氣液質(zhì)量比的增大而減小,與液相流量基本無關(guān)。此外,研究結(jié)果還表明,出口截面的各項參數(shù)是隨時間呈周期性變化的。最后,利用DPM模型對噴霧場進行連續(xù)相和離散相的耦合模擬分析。對水霧噴射的流體域進行建模和數(shù)值模擬,得到了噴霧場的液滴各參數(shù)分布云圖,并對不同液相流量和不同氣液比時的噴霧特性進行研究,得出了它們對液滴分布的影響規(guī)律,從而得到了最佳的氣液比。本文的研究對液氮消防裝備的設(shè)計優(yōu)化有著重要的理論意義。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU998.13
【圖文】：

氮汽化增壓產(chǎn)生巨大的推力，推著水、干粉滅火劑一起噴射，提高將水分裂成細水霧，細水霧在火場中更易汽化吸熱且氮氣能降，做到全方位地撲滅火災(zāi)。以上兩種滅火過程均是物理變化、無氮滅火裝備的滅火原理是利用氮氣的惰性和低溫，在燃燒區(qū)域通過例從而降低氧氣的比例，切斷了燃燒反應(yīng)鏈，當溫度下降到５００°Ｃ被撲滅。氮氣是大氣的其中一種成分，它在空氣中的含量為７９％。爾質(zhì)量與空氣相近，用氮氣滅火時，氮氣能與周圍的空氣快速混滅火還能起到明顯的降溫效果，液氮在標準大氣壓下的沸點為－１９６罐時由于壓力大于標準大氣壓，通常溫度可達到－１６０°Ｃ以下，通過后會形成0°Ｃ以下的低溫氣體，氣體流速也增大，將其迅速噴射到收大量的熱量。逡逑品方面，國外現(xiàn)在已有氮氣消防車的研制。為汲取核電站氫氣爆炸消防車制造商森田集團２０１４年研發(fā)出一款不使用水的消防車，如

水炮在垂直方向上的噴射角度范圍為－１５。￣６０。，水平噴射角度可達２４０。。逡逑在室內(nèi)使用時不需要斷電，且不會產(chǎn)生環(huán)境污染。逡逑圖１－２為ＺｈｏｕＦｕ－ｂａｏ等人研究的利用液氮撲滅礦井火災(zāi)的原理圖，地下火逡逑災(zāi)是煤炭開采的常見威脅，煤炭燃燒很容易造成煤氣燃燒和爆炸，利用液氮滅火逡逑既可以降溫，也可以排出氧氣和可燃氣體，不會阻礙后續(xù)的生產(chǎn)［５］。逡逑Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ邋ｌｉｑｕｉｄ逡逑ＬＮ２邋Ｔａｎｋ邐ｄｅｌｉｖｅｒｙ邋ｈｏｓｅ邐＾邋＾逡逑ｉ－邋ｍ邐ＭＪｍ逡逑Ｉｎｌｅｔ逡逑—：：二：一邋Ｐｕｍｐ逡逑Ｖａｌｖｅ邐ＬＮ２邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋ｐｉｐｅ逡逑ｉ邐ｉ逡逑Ｓｕｒｆａｃｅ邋邐邋邐逡逑入，＞八邋Ｖ邋入、入丫邋＞／＞刀逡逑Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ邐Ｗｅｌｌｈｅａｄ邋ｓｅａｌｉｎｇ逡逑＾Ｏｕｔｌｅｔ逡逑圖１－２液氮注入滅火原理Ｗ逡逑目前關(guān)于液氮氣化機理的研究主要是在液氮大空間池沸騰的研究方面［￣］，逡逑Ｓｔｅｉｎｅｒ等＋９］對直徑１４＿的水平管液氮流動進行了實驗研究，實驗段由三個長逡逑度為１７５ｍｍ的銅管組成。實驗參數(shù)范圍為：質(zhì)量流量４０－５００ｋｇ／ｍ２ｓ；熱流密度逡逑３００－４００００Ｗ／ｍ２；干度邋２－１００％；壓力邋５－１６邋ｂａｒ。逡逑３逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉海軍;宋來武;吳華;;空氣輔助霧化噴嘴的數(shù)值模擬研究[J];節(jié)能技術(shù);2015年03期

2 譚思超;趙富龍;李少丹;高璞珍;;VOF模型界面?zhèn)髻|(zhì)與體積傳質(zhì)的轉(zhuǎn)換方法[J];哈爾濱工程大學學報;2015年03期

3 趙昌友;;伯努利方程及其應(yīng)用[J];池州學院學報;2014年06期

4 嚴導淦;;流體力學中的總流伯努利方程[J];物理與工程;2014年04期

5 蔡玉奎;劉戰(zhàn)強;萬熠;;基于CFD的微型拉伐爾噴嘴選型與擴張段長度仿真優(yōu)化研究[J];四川大學學報(工程科學版);2014年01期

6 劉猛;段鈺鋒;張鐵男;李華峰;;液體性質(zhì)對氣泡霧化液滴不穩(wěn)定性的影響[J];東南大學學報(自然科學版);2012年02期

7 ;Modeling on effervescent atomization:A review[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2011年12期

8 陳振東;陳曉平;;小流量氣泡霧化噴嘴試驗研究[J];熱能動力工程;2010年06期

9 李方敏;姬永興;劉軍;尹志;;細水霧滅火有關(guān)要素分析[J];消防技術(shù)與產(chǎn)品信息;2010年07期

10 楊國來;周文會;劉肥;;基于FLUENT的高壓水射流噴嘴的流場仿真[J];蘭州理工大學學報;2008年02期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 劉夷平;水平油氣兩相流流型轉(zhuǎn)換及其相界面特性的研究[D];上海交通大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 李楠;氣泡霧化噴嘴氣液兩相流動的數(shù)值模擬研究[D];北京交通大學;2015年

2 嚴謹;井筒氣液兩相流動數(shù)值模擬研究[D];西南石油學院;2005年

3 梁強;細水霧滅火系統(tǒng)及霧化噴嘴研究[D];河北工業(yè)大學;2005年

4 朱暢;穩(wěn)壓型多功能消防水槍的研制和細水霧滅火實驗[D];浙江大學;2005年

5 殷志平;冷氣溶膠滅火劑應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];南京理工大學;2004年

6 安輝;內(nèi)混式雙流體渣油霧化噴嘴的實驗研究[D];大連理工大學;2003年

本文編號：2717940