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(guó)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(guó)是一個(gè)草原火災(zāi)多發(fā)的國(guó)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(chǎng)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(jì)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(diǎn)和不足,總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(jì)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(duì)比。運(yùn)用Ansys12.0對(duì)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(duì)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(duì)仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證。3.對(duì)便攜式噴粉風(fēng)力滅火機(jī)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。根據(jù)二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)原理,將用收縮角α、添加位置s、風(fēng)筒長(zhǎng)度1作為試驗(yàn)變量,選取出口風(fēng)速、滅火劑噴出速度、穩(wěn)定噴射時(shí)風(fēng)筒中滅火劑顆粒數(shù)量為評(píng)價(jià)指標(biāo),進(jìn)行二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)。試驗(yàn)采用仿真模型在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行,采用響應(yīng)面法、加權(quán)法綜合對(duì)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(zhǎng)度為700 mm時(shí)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(yàn)結(jié)果顯示,顆粒噴出速度提高至41.24 m/s,同時(shí)風(fēng)筒內(nèi)顆粒數(shù)降低至209個(gè)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)間且無(wú)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(jì)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(duì)立式手搖噴粉風(fēng)力滅火機(jī)的工作過(guò)程的流場(chǎng)進(jìn)行分析,并制定了改進(jìn)方案,然后對(duì)其進(jìn)行CFD-DEM耦合仿真模擬驗(yàn)證其性能。使用Fluent12.0對(duì)手提式手搖噴粉風(fēng)力滅火機(jī)的流場(chǎng)也進(jìn)行分析,然后對(duì)其進(jìn)行CFD-DEM耦合仿真模擬驗(yàn)證其性能。對(duì)比可知,手提式的設(shè)計(jì)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(duì)樣機(jī)的噴粉滅火效果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果表明樣機(jī)滅火時(shí)間較長(zhǎng),有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。5.基于對(duì)近年來(lái)新型草原滅火裝備的研究,本文設(shè)計(jì)了一種中型噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)。將柴油機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)直接對(duì)接風(fēng)機(jī),工作時(shí)能夠通過(guò)滅火劑添加系統(tǒng)向風(fēng)機(jī)內(nèi)不斷送入滅火劑。通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和加大高壓離心風(fēng)機(jī)尺寸參數(shù)以實(shí)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(dòng)力系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)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(duì)設(shè)計(jì)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(guó)一拖生產(chǎn)的東方紅YTR4108G54型柴油機(jī)作為樣機(jī)的動(dòng)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(duì)其進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。使用CFD-DEM耦合法對(duì)中型噴粉式風(fēng)力滅火機(jī)加長(zhǎng)型風(fēng)筒和帶收縮角風(fēng)筒進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)加長(zhǎng)的直筒能夠有效地提升顆粒噴出速度,而加長(zhǎng)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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S817.83

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本文編號(hào)：1518279