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固定式高压单相流细水雾灭火系统研究

作　者: 邓东
导　师: 杨华勇；周华
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 高压单相流细水雾雾化喷头灭火试验灭火仿真计算流体力学温度测量纯水液压
分类号: X932
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

细水雾灭火系统由纯水液压元件和雾化喷头等部件组成，具有用水量少、不污染环境、灭火效能高等优点。随着人们对环境保护和火灾防护的日益关注，细水雾灭火技术近年来快速发展，已成为今后最重要的灭火技术之一。目前有两个主要问题限制了细水雾灭火技术的进一步发展：一是细水雾喷头的喷雾效果还不够理想，尤其是喷头的喷雾保护半径小，不能充分发挥细水雾的灭火能力；二是人们对细水雾的灭火机理还不完全掌握，还不能制订出科学的细水雾灭火系统设计及安装标准。所以有必要研制高效雾化细水雾喷头，增大喷头的喷雾保护半径，并通过细水雾灭火试验和灭火仿真来发现细水雾灭火的规律，为细水雾灭火系统的设计及安装提供指导。本文以固定式高压单相流细水雾灭火系统为研究对象，采用理论分析、仿真与试验相结合的手段对其进行了系统研究。设计了由纯水液压柱塞泵驱动的固定式高压单相流细水雾灭火系统样机，将纯水液压元件成功应用到消防领域。提出一种新型两级雾化喷嘴结构，研制出新型的两级雾化细水雾喷头，CFD喷雾仿真和喷雾参数测量实验结果表明，该喷头有效喷雾保护半径为2m，是普通旋芯式雾化喷头的2倍，并具有很好的灭火能力。进行了系列的细水雾灭油盆火和木垛火试验，测量了灭火过程中空间温度场的变化，得到了在不同火场条件下细水雾的灭火效果和规律。试验结果表明，对灭火效果有重要影响的因素是火焰被遮挡的条件、雾滴直径、喷雾压力和火焰规模。细水雾扑灭油盆火灾的过程中，水雾气化和窒息起主要作用；而在细水雾扑灭木垛火灾过程中，冷却降温起主要作用。进行了细水雾灭火过程的CFD仿真并与部分试验结果进行了对比验证。在此基础上，仿真研究了房间尺寸、喷头位置和喷雾参数对灭火时间的影响，对如何确定设计喷雾强度进行了讨论并给出改进建议。本文的研究成果具有较大的理论价值和工程实用性，能为今后细水雾喷头的研制、细水雾灭火系统的设计及安装提供重要的理论和实验依据。各章内容分述如下：第一章，介绍了细水雾灭火的定义、灭火机理、特点、系统分类及应用范围。概述了细水雾灭火技术的研究现状和需要解决的问题。对本文的主要研究内容进行了说明。第二章，研制了由纯水液压柱塞泵驱动的固定式高压单相流细水雾灭火系统。进行了系统参数计算、检测及控制设计和三维结构设计，说明了设计中需要注意的细节问题。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-13
图目录  13-16
表目录  16-17
1.绪论  17-33
  1.1 研究背景  17-18
  1.2 细水雾灭火系统介绍  18-21
    1.2.1 细水雾定义  18-19
    1.2.2 细水雾灭火机理及特点  19-20
    1.2.3 细水雾灭火系统分类  20
    1.2.4 细水雾灭火系统应用范围  20-21
  1.3 细水雾灭火技术研究现状  21-30
    1.3.1 细水雾灭火系统研制  21-23
    1.3.2 细水雾喷头研制  23-25
    1.3.3 纯水液压元件研制  25
    1.3.4 系统设计及安装标准  25-26
    1.3.5 细水雾灭火试验  26-28
    1.3.6 细水雾灭火仿真  28-30
  1.4 本论文的研究内容及难点  30-33
    1.4.1 主要研究内容  30-31
    1.4.2 研究难点  31-33
2.细水雾灭火系统研制  33-41
  2.1 功能设计  33-35
  2.2 系统元件参数计算  35
  2.3 检测及控制系统设计  35-38
  2.4 设计中的细节问题  38-39
    2.4.1 启动及运转。  38
    2.4.2 系统安全  38
    2.4.3 减震和降噪  38
    2.4.4 水质维护和材料防腐  38-39
    2.4.5 系统冷却  39
    2.4.6 方便试验研究  39
  2.5 结构设计  39-40
  2.6 关于改进系统设计的考虑  40
  2.7 本章小结  40-41
3.新型细水雾喷头研制  41-71
  3.1 新型细水雾喷嘴和喷头的结构设计  41-43
  3.2 细水雾喷嘴和喷头的基本参数设计  43-45
  3.3 单个喷嘴的喷雾仿真分析及测量  45-67
    3.3.1 FLUENT软件基本结构  45-46
    3.3.2 喷雾仿真基本模型  46-61
    3.3.3 喷雾仿真建模及边界条件  61-62
    3.3.4 速度场分布对比  62-63
    3.3.5 喷射距离对比  63-65
    3.3.6 喷雾轮廓及喷雾保护半径的对比  65-66
    3.3.7 喷雾密度分布对比  66-67
  3.4 关于喷头喷雾仿真的考虑  67
  3.5 喷头的喷雾密度分布测量试验  67-70
  3.6 本章小结  70-71
4.空间温度场测量及灭火试验布局  71-79
  4.1 温度场测量系统  71-77
    4.1.1 温度传感器的选择  71
    4.1.2 信号采集设备的选择  71-72
    4.1.3 数据显示及后处理  72-73
    4.1.4 10点温度平均方法减弱测量温度波动  73-74
    4.1.5 热电偶灵敏性的改进  74-75
    4.1.6 热电势-温度转换的3段多项式拟合  75-76
    4.1.7 测温准确性的验证  76-77
  4.2 火场空间设计  77-78
  4.3 本章小结  78-79
5.细水雾灭火的试验研究  79-91
  5.1 细水雾灭油盆火试验参数设置  79-80
  5.2 细水雾灭B类油盆火试验结果及分析  80-88
    5.2.1 试验01分析  81-82
    5.2.2 改变油盆径向距离对灭火效果的影响  82-84
    5.2.3 改变火焰规模对灭火效果的影响  84-85
    5.2.4 改变喷头高度对灭火效果的影响  85-86
    5.2.5 改变火焰遮挡条件对灭火效果的影响  86-87
    5.2.6 改变喷雾压力对灭火效果的影响  87-88
  5.3 细水雾灭木垛火试验  88-89
  5.4 细水雾的电气绝缘性能及喷雾驻留试验  89-90
  5.5 本章小结  90-91
6. 细水雾灭火的CFD仿真  91-113
  6.1 FDS软件介绍  91-92
  6.2 细水雾灭火仿真建模及边界条件  92-93
  6.3 仿真和试验的对比验证  93-97
  6.4 细水雾灭B类油火的分类仿真及结果讨论  97-101
    6.4.1 雾滴直径对灭火时间的影响  97-99
    6.4.2 喷雾面积强度对灭火时间的影响  99-100
    6.4.3 喷雾速度对灭火时间的影响  100-101
  6.5 关于细水雾灭火关键指标—设计喷雾强度的讨论  101-109
    6.5.1 现有标准关于设计喷雾强度的规定存在的问题  101-102
    6.5.2 探讨影响灭火时间的主要因素  102-108
    6.5.3 对指标——设计喷雾强度的改进建议  108-109
  6.6 采用FDS进行细水雾灭木垛火仿真存在的问题  109
  6.7 采用FLUENT进行细水雾灭火仿真的探讨  109-110
    6.7.1 FDS与FLUENT的功能对比  109-110
    6.7.2 采用FLUENT进行细水雾灭油盆火仿真  110
  6.8 本章小结  110-113
7.结论及展望  113-117
  7.1 主要研究结论  113-114
  7.2 创新点  114
  7.3 工作展望  114-117
附录A.细水雾灭火系统制造企业  117-118
附录B.细水雾灭火试验  118-121
附录C.FDS细水雾灭油盆火仿真  121-123
附录D.FLUENT细水雾灭油盆火仿真  123-127
攻读博士学位期间取得的科研成果  127-129
致谢  129-131
参考文献  131-138

固定式高压单相流细水雾灭火系统研究

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