【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)和科技水平的不斷發(fā)展,我國(guó)對(duì)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�；�、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(jìn)入建筑物內(nèi)部強(qiáng)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(jī)理。以低溫截止閥為例,對(duì)其進(jìn)行模型建立和網(wǎng)格劃分,并進(jìn)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(duì)噴嘴內(nèi)部?jī)上嗔鞯男螒B(tài)變化,選取不同尺寸參數(shù)的拉伐爾噴嘴和普通噴嘴進(jìn)行流場(chǎng)分析,在建立幾何流體域模型的基礎(chǔ)上,運(yùn)用VOF仿真模型對(duì)其進(jìn)行模擬,得到了兩相流的壓強(qiáng)、密度、速度變化規(guī)律。并對(duì)不同噴嘴尺寸的流體噴射速度進(jìn)行對(duì)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(jìn)行了噴嘴后坐力的計(jì)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(jìn)一步研究噴嘴下游噴霧的分布特性,對(duì)液霧形成機(jī)理進(jìn)行了分析,包括液膜的形成,液滴的破碎等,同時(shí)推導(dǎo)了液滴破碎的三大數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)兩相流韋伯?dāng)?shù)的計(jì)算,確定了液滴破碎模型。在仿真模擬時(shí),首先計(jì)算了兩相流噴射時(shí)的液膜厚度,通過(guò)對(duì)噴嘴出口截面處的兩相流參數(shù)的計(jì)算,研究了水霧噴射時(shí)不同氣液比、不同液相流量時(shí)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(wú)關(guān)。此外,研究結(jié)果還表明,出口截面的各項(xiàng)參數(shù)是隨時(shí)間呈周期性變化的。最后,利用DPM模型對(duì)噴霧場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)相和離散相的耦合模擬分析。對(duì)水霧噴射的流體域進(jìn)行建模和數(shù)值模擬,得到了噴霧場(chǎng)的液滴各參數(shù)分布云圖,并對(duì)不同液相流量和不同氣液比時(shí)的噴霧特性進(jìn)行研究,得出了它們對(duì)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(duì)液氮消防裝備的設(shè)計(jì)優(yōu)化有著重要的理論意義。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(xì)水霧，細(xì)水霧在火場(chǎng)中更易汽化吸熱且氮?dú)饽芙担龅饺轿坏負(fù)錅缁馂?zāi)。以上兩種滅火過(guò)程均是物理變化、無(wú)氮滅火裝備的滅火原理是利用氮?dú)獾亩栊院偷蜏�，在燃燒區(qū)域通過(guò)例從而降低氧氣的比例，切斷了燃燒反應(yīng)鏈，當(dāng)溫度下降到５００°Ｃ被撲滅。氮?dú)馐谴髿獾钠渲幸环N成分，它在空氣中的含量為７９％。爾質(zhì)量與空氣相近，用氮?dú)鉁缁饡r(shí)，氮?dú)饽芘c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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)為－１９６罐時(shí)由于壓力大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，通常溫度可達(dá)到－１６０°Ｃ以下，通過(guò)后會(huì)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(guó)外現(xiàn)在已有氮?dú)庀儡嚨难兄啤榧橙『穗娬練錃獗ㄏ儡囍圃焐躺锛瘓F(tuán)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(dá)２４０。。逡逑在室內(nèi)使用時(shí)不需要斷電，且不會(huì)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?xì)怏w，不會(huì)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?dú)饣瘷C(jī)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(duì)直徑１４＿的水平管液氮流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)段由三個(gè)長(zhǎng)逡逑度為１７５ｍｍ的銅管組成。實(shí)驗(yàn)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2717940