低气压下全氟己酮弥散特性研究

作     者：王之媛 

作者单位：中国民用航空飞行学院 

学位级别：硕士

导师姓名：贺元骅

授予年度：2023年

学科分类：03[法学] 0306[法学-公安学] 

主      题：低气压 全氟己酮 数值模拟 实验验证 弥散特性 

摘      要：为顺应哈龙机载灭火系统替代的发展趋势,本文耦合VOF-DPM雾化模型与汽化模型数值模拟方法,利用喷雾自主变温实验验证平台,研究了在低气压、多温度场景下全氟己酮的弥散性能,厘清了低气压下全氟己酮弥散机理。本文主要研究内容如下:首先构建了多气压梯度、多温度梯度工况下全氟己酮弥散数值模型。针对全氟己酮释放过程雾化、汽化的阶段特征,采用UDF技术获取全氟己酮雾化液滴的生成时刻、速度、粒径、位置等数据,首次构建了雾化与汽化耦合的全氟己酮弥散模型;结合稳压喷射实验装置,对常温常压环境下的全氟己酮雾化锥角以及喷嘴出口处质量流量进行初步实验验证,两者误差均在5%以内,验证了本模型的可靠性。其次研究了基于VOF-DPM雾化模型的全氟己酮多气压、多温度梯度环境下的雾化特性。针对三种气压(101 k Pa、75 k Pa与49 k Pa)与五种温度(-5℃、5℃、15℃、25℃与35℃),分析了全氟己酮液相破碎过程的现象学特征以及雾化粒径特征,发现全氟己酮一次破碎是由KH-RT不稳定性所主导;随着环境气压降低、空气密度减小,液滴与空气相互作用减弱,全氟己酮二次破碎即连续液相破碎效果变差,当环境气压由101 k Pa降至75 k Pa、49 k Pa时,全氟己酮雾化液滴粒径分别增加37.99%、48.61%。再次研究了基于组分输运方程的全氟己酮宽气压环境下的汽化特性。针对三种环境气压(101 k Pa、75 k Pa与49 k Pa)下的汽化特性,分析了全氟己酮扩散分布特征与浓度分布特征,发现全氟己酮蒸汽浓度随环境气压的降低而降低,当气压由101 k Pa降至49 k Pa时,其浓度减少了15.38%。其原因是因为环境气压降低减弱雾化效果,二次破碎产生的液滴数量减少,进而导致全氟己酮的蒸汽浓度降低。最后通过实验验证了全氟己酮雾化与汽化耦合的弥散模型可靠性。本文搭建喷雾自主变温实验平台,验证了不同环境温度(25℃、50℃、70℃与90℃)下全氟己酮的粒径以及速度场变化规律,并与数值模拟计算结果进行对比,发现二者耦合度较高。喷雾的高速区域随着环境温度的升高逐渐增大,全氟己酮液滴粒径减小率随着轴向距离增大而增大,变化率在20.81%至28.61%之间。本课题研究可以证明:全氟己酮在低气压、多温度场景下均有良好的弥散性能,可适用于多气压多温度梯度环境,为民机灭火系统的设计提供理论和技术支撑。