發(fā)布時間：2018-02-19 23:50

  本文關(guān)鍵詞： 草原火災(zāi) 風(fēng)力滅火機(jī) 噴粉 CFD-DEM耦合 仿真優(yōu)化　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國是一個草原火災(zāi)多發(fā)的國家,目前常用于撲滅草原火災(zāi)的單兵滅火裝備主要為便攜式風(fēng)力滅火機(jī),由于便攜式風(fēng)力滅火機(jī)效率較低,滅完火的草原區(qū)域容易在大風(fēng)的作用下火場死灰復(fù)燃,為此本文在便攜式風(fēng)力滅火機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計了三種新型噴粉式草原風(fēng)力滅火機(jī),分別是便攜噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)、手搖噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)和中型噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)。本文的主要研究工作如下：1.在查閱文獻(xiàn)和調(diào)研資料的基礎(chǔ)上,分析了便攜式風(fēng)力滅火機(jī)的缺點和不足,總結(jié)了近年來國內(nèi)外學(xué)者對風(fēng)力滅火機(jī)進(jìn)行仿真模擬優(yōu)化的方法,并列舉了幾種氣固噴射器和氣固兩相流的研究方法,確定了本文的技術(shù)路線。2.設(shè)計便攜噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)。提出兩種噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)的滅火劑添加方案并進(jìn)行對比。運(yùn)用Ansys12.0對風(fēng)筒模型進(jìn)行構(gòu)建,使用其中的DEM模塊進(jìn)行散粒體參數(shù)的設(shè)置。運(yùn)用CFD-DEM耦合方法對噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)的風(fēng)筒進(jìn)行了模型構(gòu)建,并對仿真模型進(jìn)行了驗證。3.對便攜式噴粉風(fēng)力滅火機(jī)進(jìn)行優(yōu)化試驗。根據(jù)二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗原理,將用收縮角α、添加位置s、風(fēng)筒長度1作為試驗變量,選取出口風(fēng)速、滅火劑噴出速度、穩(wěn)定噴射時風(fēng)筒中滅火劑顆粒數(shù)量為評價指標(biāo),進(jìn)行二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗。試驗采用仿真模型在計算機(jī)中進(jìn)行,采用響應(yīng)面法、加權(quán)法綜合對最佳參數(shù)組尋優(yōu),發(fā)現(xiàn)噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)收縮角取20。,滅火劑添加孔道距進(jìn)風(fēng)口140 mm,風(fēng)筒長度為700 mm時噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)性能最優(yōu)。采用該參數(shù)組的虛擬試驗結(jié)果顯示,顆粒噴出速度提高至41.24 m/s,同時風(fēng)筒內(nèi)顆粒數(shù)降低至209個。驗證實驗表明,優(yōu)化后的風(fēng)筒能夠有效提高噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)的噴粉射程,縮短滅火時間且無復(fù)燃。4.以便攜噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)和手搖式噴粉機(jī)為基礎(chǔ),設(shè)計了立式和手提式兩種形式的手搖噴粉式滅火機(jī)。使用Fluent12.0對立式手搖噴粉風(fēng)力滅火機(jī)的工作過程的流場進(jìn)行分析,并制定了改進(jìn)方案,然后對其進(jìn)行CFD-DEM耦合仿真模擬驗證其性能。使用Fluent12.0對手提式手搖噴粉風(fēng)力滅火機(jī)的流場也進(jìn)行分析,然后對其進(jìn)行CFD-DEM耦合仿真模擬驗證其性能。對比可知,手提式的設(shè)計方案出口風(fēng)速和噴粉速度更佳,故選取手提式噴粉滅火機(jī)進(jìn)行樣機(jī)的試制,試制后對樣機(jī)的噴粉滅火效果進(jìn)行試驗驗證,試驗結(jié)果表明樣機(jī)滅火時間較長,有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。5.基于對近年來新型草原滅火裝備的研究,本文設(shè)計了一種中型噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)。將柴油機(jī)通過傳動系統(tǒng)直接對接風(fēng)機(jī),工作時能夠通過滅火劑添加系統(tǒng)向風(fēng)機(jī)內(nèi)不斷送入滅火劑。通過提高發(fā)動機(jī)功率和加大高壓離心風(fēng)機(jī)尺寸參數(shù)以實現(xiàn)增大滅火距離和提高滅火效率。該設(shè)備采用車載式,靈活操作,由動力系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、滅火劑添加系統(tǒng)、風(fēng)筒操作系統(tǒng)等部分組成。對設(shè)計的中型風(fēng)力噴粉滅火機(jī)進(jìn)行了CFD-DEM耦合仿真模擬。選擇中國一拖生產(chǎn)的東方紅YTR4108G54型柴油機(jī)作為樣機(jī)的動力輸出,河北省高碑店風(fēng)機(jī)總廠生產(chǎn)的9-26-63型高壓離心風(fēng)機(jī)作為滅火執(zhí)行部件。樣機(jī)生產(chǎn)后同樣對其進(jìn)行滅火實驗。使用CFD-DEM耦合法對中型噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)加長型風(fēng)筒和帶收縮角風(fēng)筒進(jìn)行評價,發(fā)現(xiàn)加長的直筒能夠有效地提升顆粒噴出速度,而加長的帶收縮角風(fēng)筒能夠有效地提升顆粒噴出速度和出口風(fēng)速。
[Abstract]:This paper analyzes the shortcomings and disadvantages of the portable wind fire extinguisher by using the method of simulation simulation of portable wind fire extinguisher . This paper designs a kind of medium - sized powder spray type wind fire extinguisher by using Fluent12 . 0 as the power output of the prototype . The experimental results show that the optimized air cylinder can effectively improve the fire extinguishing distance and improve the fire extinguishing efficiency . The experimental results show that the optimized wind torch can effectively improve the fire extinguishing distance and improve the fire extinguishing efficiency .

【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S817.83

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本文編號：1518279