细水雾灭火喷头的数值模拟及性能分析

论文摘要

细水雾灭火技术具有无环境污染、灭火能力强、耗水量低等特点,在消防灭火领域得到广泛的应用,同时也是该行业的前沿研究课题。本论文简要的介绍了细水雾的定义、成雾机理、灭火机理及细水雾喷头的雾化性能参数等。细水雾灭火喷头是形成细水雾的关键、核心部件。论文针对当前细水雾灭火喷头存在的雾化角小,雾化效果不够理想等问题,根据水射流的加旋旋转特点,提出了一种结构新型的直旋流细水雾灭火喷头设计方案。该喷头以1股轴向入流在喷头内腔产生直射动能,以2股与喷头内腔壁面成60度切向入流产生旋转动能,在喷头内腔直射和切向旋流混合产生加速旋流效果,强烈的紊流旋流运动,从喷头的喷嘴喷出产生细水雾,较好的解决了现有细水雾喷头的旋流效果不好,影响喷头雾化性能的问题。直旋流细水雾灭火喷头的结构确定后,根据经验和研究分析,给出了三种不同的出口和入口组合比、喷头长径比,然后分析其轴向速度和径向速度的分布对雾化性能的影响,优化确定了直旋流细水雾灭火喷头的结构参数配比。论文用流体动力学仿真软件FLUENT,对直旋流细水雾灭火喷头进行了内外流场的数值模拟,获得了喷头内、外部流场的速度、压力、湍流动能等物理量的分布规律。并在三种不同入口压力的边界条件下,分析喷头外部流场液滴轴向速度和径向速度变化规律。由规律可知,随着喷雾压力的不断提高,液滴轴向速度也在不断的增加,直旋流细水雾灭火喷头的喷射距离也在不断的增大。轴向速度越大,表明细水雾喷头喷射的轴向动量和流量越大,液滴喷射距离越远,对火源的穿透性越强。随着喷雾压力的提高,液滴的径向速度也有明显的增加,有利于直旋流细水雾灭火喷头细水雾雾化角的扩大,继而有效的增大细水雾喷头的保护范围,但是也有一定的极限,这个需要通过进一步的试验研究来确定。研究结果表明了基于FLUENT软件对细水雾灭火喷头流场进行数值分析的有效性和可行性,为细水雾灭火喷头的设计和进一步的试验研究提供了理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及名称
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题名称
• 1.2 课题研究的背景、目的及意义
• 1.2.1 课题研究的背景
• 1.2.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3.1 本课题国外的研究现状
• 1.3.2 本课题国内的研究现状
• 1.3.3 本课题研究的发展趋势
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 第二章 细水雾和细水雾灭火喷头的相关理论
• 2.1 细水雾的基本定义
• 2.2 细水雾灭火机理
• 2.3 细水雾灭火喷头的特点及分类
• 2.3.1 细水雾灭火喷头的特点
• 2.3.2 细水雾灭火喷头的分类及工作原理
• 2.4 本章小结
• 3 第三章 液体的雾化理论和影响喷头雾化性能的因素
• 3.1 液体的雾化理论
• 3.1.1 细水雾的成雾机理
• 3.1.2 液滴的碎裂
• 3.1.3 射流的碎裂
• 3.2 液滴的尺寸分布
• 3.2.1 液滴尺寸分布图解
• 3.2.2 液滴分布函数
• 3.2.3 液滴尺寸的发散
• 3.3 影响细水雾灭火喷头雾化性能的因素
• 3.4 本章小结
• 4 第四章直旋流细水雾灭火喷头的结构设计
• 4.1 直旋流细水雾灭火喷头的设计思路
• 4.2 直旋流细水雾灭火喷头的结构参数设计
• 4.3 直旋流细水雾灭火喷头结构参数的优化设计
• 4.4 直旋流细水雾灭火喷头的结构
• 4.5 本章小结
• 5 第五章直旋流细水雾灭火喷头的仿真分析
• 5.1 FLUENT概述
• 5.2 直旋流细水雾灭火喷头内部流场的数值模拟
• 5.2.1 直旋流细水雾灭火喷头内的流动模拟
• 5.2.2 内部流场模拟结果分析
• 5.3 直旋流细水雾灭火喷头外部流场的数值模拟
• 5.3.1 直旋流细水雾灭火喷头外的流动模拟
• 5.3.2 外部流场模拟结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢