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高压细水雾喷嘴及其灭火性能的研究

高压细水雾喷嘴及其灭火性能的研究

作者：王静立华中科技大学

学位级别：硕士

现代社会的发展和科学技术的进步,对抑制火灾的方法提出了更高的要求。哈龙灭火系统严重破坏大气臭氧层,将被全面禁止使用,寻找有效的替代技术已成为世界各国研究的焦点。高压细水雾灭火技术无污染、灭火效率高,已成为国际上公认的哈龙... 详细信息

现代社会的发展和科学技术的进步,对抑制火灾的方法提出了更高的要求。哈龙灭火系统严重破坏大气臭氧层,将被全面禁止使用,寻找有效的替代技术已成为世界各国研究的焦点。高压细水雾灭火技术无污染、灭火效率高,已成为国际上公认的哈龙灭火系统的主流替代技术之一。喷嘴是各种类型高压细水雾灭火系统中必不可少的关键部件,因此,本课题关于喷嘴的雾化机理、雾化特性及其灭火性能的研究,对推动高压细水雾灭火技术在我国的发展和应用具有十分重要的意义。本文分析了高压细水雾灭火的机理和优越性。探讨了液体雾化的机理,通过对各种雾化装置的分析比较,选定了离心式喷嘴作为高压细水雾灭火系统的喷嘴形式。对离心式喷嘴的内部流场进行了理论分析,得出了对喷嘴的设计有一定的指导作用的结论。利用激光粒度仪对多种喷嘴进行了大量的雾化特性实验,结果表明:随着压力的增大,雾滴粒径减小,粒度分布更均匀;流量随着压力的增大而增大,但喷嘴的流量系数是基本不变的;在测试距离增大时雾滴的粒径有所增大,雾滴均匀度指数下降;喷射角较大时形成的雾滴粒径较小;雾滴粒径与喷孔直径的平方成正比。这些结论为喷嘴的设计及应用提供了依据。根据不同的应用要求,提出了不同类型的灭火系统方案,设计出了手提式高压细水雾灭火器初样机。用固定式灭火系统和手提式灭火器初样机进行了灭火性能试验,结果表明:高压细水雾灭火系统灭火性能良好,耗水量少,灭火迅速,对人员、设备基本不会产生危害。

关键词：高压细水雾离心式喷嘴雾化特性粒度分布灭火性能

固定式局部高压单相细水雾灭火系统的研制及试验研究

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固定式局部高压单相细水雾灭火系统的研制及试验研究

作者：邹哲维武汉理工大学

学位级别：硕士

自1987年蒙特利尔公约签署以来,世界各国广泛开展了寻求哈龙系列灭火剂替代品的研究工作。在众多的替代技术中,细水雾灭火技术具有无环境污染、灭火迅速高效、耗水量低、水渍损失极小、灭火效果良好等特点,目前已成为国际火灾科学前沿... 详细信息

自1987年蒙特利尔公约签署以来,世界各国广泛开展了寻求哈龙系列灭火剂替代品的研究工作。在众多的替代技术中,细水雾灭火技术具有无环境污染、灭火迅速高效、耗水量低、水渍损失极小、灭火效果良好等特点,目前已成为国际火灾科学前沿研究的热点之一。因此本文对高压细水雾灭火技术及其关键元件离心式喷嘴的研究,对推动该技术在我国的发展和应用具有重要的意义。本文的主要研究内容有: 本文首先简要介绍了细水雾灭火技术的发展历史、研究背景。并着重对该技术的灭火机理、技术特点及其在国际上的试验研究和工程应用现状进行了综述。然后在分析了细水雾的成雾原理、灭火机理和细水雾灭火系统组成的基础上,成功开发出船用固定式局部高压单相细水雾灭火系统,并对其工作原理、系统组成、主要技术参数和动作流程及施放方式分别进行了阐述。对雾化喷嘴的雾化理论和喷嘴的雾化性能进行了阐述,给出了离心式喷嘴的理论计算公式,并对离心式喷嘴的雾化性能进行了仿真分析和试验研究,重点进行了喷嘴特性参数如流量和粒子尺寸分布对离心式雾化喷嘴雾化性能的研究,验证了理论和实验的一致性。并在此基础上进行了离心式单喷嘴和组合喷嘴的结构设计。最后,本文针对液体火灾参考中华人民共和国船舶行业标准《船用固定式局部高压单相细水雾灭火系统技术条件》确定试验方案,对所设计的船用固定式局部高压单相细水雾灭火系统进行了试验研究。试验表明:细水雾灭火性能的好坏与火情、管网的布置形式、管网与火源的相对位置、试验压力间的相互关系,为实际灭火提供了实践依据。

关键词：细水雾离心式喷嘴雾化特性参数仿真试验

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10N喷注器制造误差对其特性的影响研究

10N喷注器制造误差对其特性的影响研究

作者：黄晓宇上海交通大学

学位级别：硕士

承担10N喷注器的制造任务以来,由于造误差控制不到位,产品流量和雾化性能始终不稳定、一致性差,成为制约型号任务的瓶颈,因此为提高产品性能及合格率,开展制造误差对产品性能的影响研究。10N喷注器是确保卫星在轨运行轨道以及姿态的保... 详细信息

承担10N喷注器的制造任务以来,由于造误差控制不到位,产品流量和雾化性能始终不稳定、一致性差,成为制约型号任务的瓶颈,因此为提高产品性能及合格率,开展制造误差对产品性能的影响研究。10N喷注器是确保卫星在轨运行轨道以及姿态的保持和调整的关键部件,通过本课题研究对于提高卫星姿态控制精确和运行寿命、降低产品制造成本、缩短同类产品开发周期具有重要意义。本文主要研究内容包括影响产品性能的主要制造误差因素,流场模型的建立及其网格划分,流体数值模拟相关模型及算法的确定以及主要制造误差对产品性能的影响程度。具体研究工作如下:通过对工作原理、结构以及制造工艺对产品特性的影响分析,确定了螺旋槽、径向及轴向间隙、喷口尺寸等因素的制造误差作为主要研究对象。在流体力学相关理论基础上,研究确定了RNGk-?湍流模型和VOF多相流模型,并建立了10N喷注器的内、外喷嘴流场模型。通过10N喷注器内、外喷嘴的雾化过程进行数值模拟计算,掌握了内部流动以及外部初始雾化的详细数据,得出了制造误差对流量和雾化角的影响程度。搭建了专用雾化试验平台,在数值模拟的基础上进一步开展雾化试验,获得了流量、雾化角及产品流量特性曲线相关数据,并最终确定了10N喷注器关键结构尺寸制造误差的尺寸控制范围。通过本课题研究,按照研究确定的10N喷注器关键尺寸及公差进行生产,产品合格率显著提高,降低了制造成本,缩短了生产周期,并为后续新型号喷注器的研制打下了良好基础。

关键词：喷注器离心式喷嘴雾化两相流数值模拟

蒸汽—喷雾液膜直接接触冷凝过程二维数值模拟

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蒸汽—喷雾液膜直接接触冷凝过程二维数值模拟

作者：王丽雯天津大学

学位级别：硕士

蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝换热是直接接触式换热的一种常见形式。相比于蓄热式换热和间壁式换热,它具有换热设备结构简单,腐蚀少,结垢少,维护费用低,传热面积大,传热速率高等优点,在工业生产上具有广泛的应用。但由于蒸汽-喷雾液体直... 详细信息

蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝换热是直接接触式换热的一种常见形式。相比于蓄热式换热和间壁式换热,它具有换热设备结构简单,腐蚀少,结垢少,维护费用低,传热面积大,传热速率高等优点,在工业生产上具有广泛的应用。但由于蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝换热过程机制十分复杂,目前尚未形成系统的理论方法。因此研究蒸汽-喷雾液体直接接触冷凝传热过程对发展和丰富相变传热理论,开发设计和优化改造气液直接接触冷凝换热设备具有重要意义。流体从离心式喷嘴高速旋流着喷出时,首先形成一个薄薄的圆锥形液膜,之后破碎形成液滴。具有高度湍流特征的液膜区被认为能够与蒸汽进行高效地传热和传质,本文借助数值方法利用计算流体力学软件Fluent对蒸汽-喷雾液膜两相流动和传质传热进行模拟,分析流动特征及其影响因素和传质传热变化规律。根据喷雾流场的轴对称特征,本文首先建立了简便的二维网格计算模型,借助Fluent软件的2D Axisymmetric Swirl功能模拟了喷雾液体的三维流动,探究了层流模型、RNG k-ε、RSM Linear Pressure-Strain模型、RSM Low-Re Stress-Omega模型对入口雷诺数在250003000之间的液体在大型喷嘴内流动的适用性,结果发现:RSM Linear Pressure-Strain模型的计算结果与实验值最为吻合,能够精确地模拟喷嘴内部流动;层流模型和RSM Low-Re Stress-Omega模型虽然也能捕捉到清晰的空气芯,但是其计算结果与实验结果偏差较大;而RNG k-ε不能可靠地反映真实流动情况。利用二维网格模型探究了喷嘴结构尺寸对出口液膜的影响,结果表明随着喷嘴旋流室长度与直径之比Ls/Ds的增大,喷嘴出口处液膜厚度增大,喷雾锥角减小,且改变Ls与改变Ds产生的效果相当;喷嘴出口直径D0对喷嘴内部液体流动的影响最大,增大D0显著减小喷注压力和液体流动速度,减小D0显著增大喷注压力和液体流动速度;旋流室收缩角对喷嘴内部液体流动影响不大。基于Lee相变传热模型,本文将模型参数ri分别设置为50、200、2000、10000探究了模型对于蒸汽-喷雾液膜直接接触冷凝过程的适用性,结果表明将参数设为200和2000时,该过程温度和传热系数的变化与文献中的实验结果较为吻合,能够准确预测这一过程的传热传质行为,且液相的湍动能变化是影响传热系数变化的主要原因。

关键词：直接接触冷凝气液两相流二维轴对称旋流模拟 Lee模型离心式喷嘴

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细水雾系统灭火性能研究及喷嘴参数优化

细水雾系统灭火性能研究及喷嘴参数优化

作者：高媛媛南华大学

学位级别：硕士

大气臭氧层在传统的哈龙系列灭火剂使用时破坏严重，具有无环境污染、耗水量低、灭火迅速、对保护对象破坏性小等特点的细水雾灭火技术作为一种哈龙替代物而再次受到世人的普遍重视。细水雾由水喷雾发展而来，具有气体灭火和水灭火的双... 详细信息

大气臭氧层在传统的哈龙系列灭火剂使用时破坏严重，具有无环境污染、耗水量低、灭火迅速、对保护对象破坏性小等特点的细水雾灭火技术作为一种哈龙替代物而再次受到世人的普遍重视。细水雾由水喷雾发展而来，具有气体灭火和水灭火的双重优点。本课题研究细水雾灭火系统的灭火性能，主要研究内容如下： (1)在现有的灭火测试间进行细水雾扑灭油火的试验，选取柴油作为研究对象，分别开展受限空间有遮挡油盘火和有遮挡喷雾火的试验研究。通过选用两种不同细水雾喷头得到细水雾扑灭油盘火和喷雾火时烟气温度和氧浓度等特性参数的变化趋势。试验结果表明细水雾扑灭油盘火所需的时间要长一些。 (2)选取火灾动力学软件FDS对细水雾灭火系统扑灭油盘火和喷雾火的情况进行模拟分析。为真实反映受限空间火灾的特性，按照测试间的实际尺寸建立模型。在大涡模拟技术的基础上，采用湍流模型，燃烧反应采用混合分数模型。模拟细水雾与火羽流的相互作用以获得测试间温度变化和氧气浓度变化，分析细水雾扑灭油盘火和喷雾火的不同作用机理。结果表明由于油盘火和喷雾火的火焰形态不同，导致细水雾对两者的灭火机理不完全相同。 (3)应用FLUENT软件对多种结构形式的离心式细水雾喷嘴内部流场进行数值模拟研究，考查了喷嘴出口直径对出口速度的影响，并对喷嘴的3个主要结构参数进行正交试验，数值模拟得出各试验喷嘴出口速度，从而得到优化的结构参数。研究表明：流体的速度在喷嘴的收缩段迅速增加，喷嘴出口直径为0.8mm时喷嘴出口速度最大。在考查喷嘴的3个主要几何参数中，影响喷嘴出口速度的最大的参数是喷嘴圆柱段直径，该值较小时能得到最佳结果。喷嘴的进口数目是另一个主要影响因素，进口多时效果较佳，但是进口数目过多会增加加工难度。

关键词：细水雾 FDS 油盘火喷雾火离心式喷嘴

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喷头设计参数对雾场特性影响分析

煤炭科学技术 2007年第6期35卷 55-59页

作者：余明高李喜玲河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003

细水雾灭火技术的关键在于喷头参数的设计。为了优化喷头的设计参数,对12个不同设计参数的离心式喷头进行试验研究,采用LS-2000激光粒度仪测量细水雾雾化参数,分析喷头螺杆流道形状、螺纹倾角、流道数量、螺杆长度等设计参数对雾场特性... 详细信息

细水雾灭火技术的关键在于喷头参数的设计。为了优化喷头的设计参数,对12个不同设计参数的离心式喷头进行试验研究,采用LS-2000激光粒度仪测量细水雾雾化参数,分析喷头螺杆流道形状、螺纹倾角、流道数量、螺杆长度等设计参数对雾场特性的影响。研究结果表明,螺杆长度对水雾速度和索纳尔平均粒径的影响较小,螺纹倾角、流道数量、流道形状对水雾特性的影响较大,说明了细水雾喷头设计参数的优化应从螺纹倾角、流道形状及流道数量入手。

关键词：离心式喷嘴螺杆索纳尔平均粒径雾滴速度

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双流离心喷嘴雾化机理及细水雾灭火规律研究

双流离心喷嘴雾化机理及细水雾灭火规律研究

作者：张瑞河北工业大学

学位级别：硕士

随着人类环保意识的提高,哈龙等灭火剂逐渐被取代,细水雾以其环保、清洁、灭火快、耗水量少、低成本等特点,被视为哈龙的主要替代物,并由此形成了有关细水雾灭火的庞大研究网络。在进行细水雾灭油池火焰实验过程中,作者发现本课题组自... 详细信息

随着人类环保意识的提高,哈龙等灭火剂逐渐被取代,细水雾以其环保、清洁、灭火快、耗水量少、低成本等特点,被视为哈龙的主要替代物,并由此形成了有关细水雾灭火的庞大研究网络。在进行细水雾灭油池火焰实验过程中,作者发现本课题组自主研发的析出式单管双流细水雾系统(在进入离心喷嘴前已是气液两相流体(溶有CO的水溶液),并且在离心喷嘴中随着压力降低会有CO气体析出)中离心喷嘴喷雾为实心喷雾,且灭火速度较未溶解CO的细水雾灭火系统快。为研究气液两相流体在离心喷嘴中的流动机理和雾化特性,本文设计制作了6种尺寸可视化离心喷嘴,采用高速摄像系统,研究了进口分别为单相介质和两相流介质时可视化离心喷嘴内部及外部的流动情况,建立了离心式喷嘴的三维仿真模型,采用Fluent软件进行数值模拟,得到了喷嘴内部的流动密度场以及喷口处速度特性。结果表明:进口为纯水时喷嘴内部存在稳定的圆柱状空气核,且喷雾为空心雾锥;当进口为气液两相时,喷嘴内部存在圆锥状气液混合区,且喷雾为实心雾锥,模拟结果与实验结果吻合较好。纯细水雾仅依靠物理作用灭火,这使得细水雾灭火系统的发展受到了约束。基于现有技术的基础,如何进一步提升细水雾的灭火有效性,减少火灾带来的损失,成为当前细水雾研究者所关注的问题。目前较为普遍的方法是向细水雾中加入添加剂,通过化学兼物理作用,提高细水雾灭火效率。本文主要采用了控制变量的方法,选用无水乙醇、柴油、汽油三种常见的燃料,探究含质量分数1%氯化钾(KCl)、1%氯化亚铁(FeCl)、1%十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、1%草酸钠(NaCO)添加剂在不同工况下的灭火机理。结果发现受限空间内含1%KCl、1%FeCl添加剂细水雾主要依靠化学作用,中断燃烧链反应,起到抑制火焰的作用,加速火焰的熄灭。燃料表面的冷却与隔离作用则是含1%SDBS添加剂细水雾的主导灭火机理。而草酸钠则不适于做灭火系统添加剂。

关键词：细水雾离心式喷嘴单相流双流介质添加剂

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双燃料喷嘴方案设计与燃烧流场数值模拟

双燃料喷嘴方案设计与燃烧流场数值模拟

作者：和宏宾哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

针对目前地面发电燃气轮机燃用气、液等多种燃料的需要，需对燃气轮机供油系统进行结构改造，其中最主要的是燃料喷嘴的变更。喷嘴性能的好坏将直接影响整个燃烧室的性能好坏，如燃烧效率、污染物排放、燃烧稳定性、温度分布等等。本文... 详细信息

针对目前地面发电燃气轮机燃用气、液等多种燃料的需要，需对燃气轮机供油系统进行结构改造，其中最主要的是燃料喷嘴的变更。喷嘴性能的好坏将直接影响整个燃烧室的性能好坏，如燃烧效率、污染物排放、燃烧稳定性、温度分布等等。本文针对某型应用于化学回热循环的燃气轮机燃烧室，设计一种新型双燃料喷嘴结构，以满足其单独烧油或裂解气、或两种燃料混烧的需要，为工程上地面发电燃机的燃料系统改造提供参考。借鉴以往双燃料喷嘴的设计经验，针对化学回热循环中所用燃烧室，在保证火焰筒几何结构不变、出口总焓不变的前提下，提出一种新的双燃料喷嘴设计方案，其中考虑到启动时只能采用液态油这一实际情况，决定油路采用压力旋流这一机械雾化形式，以满足低工况时的雾化要求。采用VOF方法对离心式喷嘴内部流动过程进行模拟。捕捉到喷嘴内气、液两相界面形状的变化过程，对中心空气涡的形成有更为直观地了解。同时，通过改变旋流室长径比、出口段长径比、旋流室半锥角，以及旋流室与出口段直径比等几种结构参数的大小，得到喷嘴出口处液膜厚度和喷雾锥角的变化规律，为双燃料喷嘴中油路的设计提供借鉴。利用Fluent软件，对使用新设计喷嘴下的燃烧流场进行数值模拟：采用可实现k ε湍流模型，快速反应简化PDF燃烧模型;采用标准壁面函数方法对壁面进行处理;采用SIMPLE算法求解离散方程，同时采用污染物生成模型对NOx排放进行模拟。结合化学回热循环试验台的实际情况，模拟单独烧裂解气、单独烧油、油与裂解气混烧以及烧油时回注水蒸气等四种情况下的燃烧流场。结果表明：四种工况下喷嘴性能表现良好，满足设计要求;与单独烧油时相比，改烧裂解气后全场最高温度降低，出口温度均匀变好，NOx排放量大幅降低;回注水蒸气后全场温度降低，有效地抑制污染物的形成。

关键词：燃气轮机双燃料喷嘴裂解气离心式喷嘴数值模拟

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离心喷嘴流场数值模拟和实验分析

离心喷嘴流场数值模拟和实验分析

作者：林逸龙杭州电子科技大学

学位级别：硕士

本文选择了一种新式工业切向槽式离心喷嘴作为研究对象,这种喷嘴目前学术上研究较少,在现代生活运用中却运用广泛(例如景观喷洒、雾化除尘、喷雾降温)。通过设置不同的工作压力参数和结构参数,并采用实验与模拟相结合的方法,研究了喷嘴... 详细信息

本文选择了一种新式工业切向槽式离心喷嘴作为研究对象,这种喷嘴目前学术上研究较少,在现代生活运用中却运用广泛(例如景观喷洒、雾化除尘、喷雾降温)。通过设置不同的工作压力参数和结构参数,并采用实验与模拟相结合的方法,研究了喷嘴内部流场情况,为喷嘴雾化特性的提升提供了有益参考。在实验中本文将喷嘴出口孔径设置为0.2mm,0.3mm,0.4mm三种参数,切向槽槽宽设置为0.21mm,0.26mm,0.31mm三种参数,即本文一共设置了九种不同参数的喷嘴,然后再运用搭建的离心式喷嘴实验系统对上述九种喷嘴的喷雾锥角、雾化颗粒粒径等参数特性进行了测量。同时,运用CFX求解器对喷嘴的内外部流场运动情况进行数值模拟分析。结果表明:数值模拟结果虽然和实验数据有一定误差,但是大致趋势相同;随着压力的增大,雾化锥角会缓慢增大,有的甚至还会减小,总体上保持平稳状态,而雾化颗粒粒径会逐渐减小;随着槽宽增大,雾化锥角先增大后减小,雾化颗粒粒径变化趋势不明显;孔径增大,雾化锥角增大,雾化颗粒粒径增大,不过孔径变化也会引起其他参数的变化,难以定量分析,只能说孔径对雾化颗粒粒径和雾化锥角有一定影响;根据实验数据和数值模拟结果分析,选择2026号喷嘴作为雾化性能最佳喷嘴。

关键词：离心式喷嘴数值模拟实验孔径切向槽