[发明专利]一种气体灭火剂喷放特性的数值模拟方法

说明书

本发明提供了一种气体灭火剂喷放特性的数值模拟方法，通过建立仿真模型，并运用流体模拟软件FLUENT对喷放过程进行模拟，对灭火剂喷放过程的实际运行状态进行监；对监测所得的数据进行模拟计算，从而得到流体的速度、温度、压力和灭火剂组分等模拟结果，模拟结果对于气体灭火系统喷嘴的设计及选型有着重要的指导意义。

技术领域

本发明属于灭火剂喷放领域，具体涉及一种气体灭火剂喷放特性的数值模拟方法。

背景技术

灭火喷嘴是气体灭火系统中最基础的重要部件之一，近年来针对提高喷嘴效率这一问题的研究主要借助数值模拟的方法。其中，陈源源等采用CFD软件中的Mixture两相流混合模型，结合cavitation空化模型与RNGK-ε湍流模型，获得了喷嘴内部的速度、压力分布以及水蒸气体积分数随喷嘴参数的变化规律。肖鹰等通过改变喷嘴的结构参数，探究不同压力下的进水流量和引射空气流量，并且对结构进行优化。焦一航等探究了两种喷嘴的射流特性，得到喷嘴的出口速度与喷出介质的均匀性。M.R.Halder等人通过数值模拟方法，得到喷嘴出口液体流动的径向速度分布规律，对旋流喷雾固体锥压力喷嘴的流量数和喷雾锥角进行了数值和实验研究。Hyung Ju Lee等模拟了孔板喷油器喷射高温航空燃料的过程，预测了高温条件下高燃料蒸汽压力引起的空化机理及影响。丁梁锋等以氮气和水作为两相流，通过改变喷嘴入口、出口、喷嘴总长度等参数，探究消防喷嘴的射流特性。对于管路变径的研究，Manmatha K.Roul等探究了空气和水混合物两相流动时，小圆管内流动面积突然膨胀/收缩引起的压降，并且推导了两相流区收缩和膨胀引起的压力降的关系式。

其中有大部分工作使用的数值模拟方法直接设定出口条件为大气压，而这导致的出口处的压力骤变会对结果产生较大计算误差。同时喷嘴出入口面积比δ不同会造成灭火剂喷放速率、射流锥角、喷放持续时间等的差异，对整个系统的灭火效率有极大的影响。探究其对喷嘴出口处的灭火剂释放特性的影响规律具有重要意义，且对提高喷嘴质量和灭火效率具有实际价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体灭火剂喷放特性的数值模拟方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种气体灭火剂喷放的仿真模型，包括一根管道、一个喷嘴和一个空间域；管道的出口端连接喷嘴的入口端，管道入口端与空间域相连接。另外，本发明还提供了一种气体灭火系统喷放的仿真模型的模拟方法，包括以下步骤：

步骤一，利用FLUENT软件建立灭火气体的仿真模型，喷嘴模型的网格数采用850000-1050000，圆柱体空间域中，将距离管路入口35mm位置处的圆型面设置为壁面，其余部分的压力P设置为大气压。

步骤二，在FLUENT软件内输入管道入口处速度值、灭火剂两相初始状态和空间域温度值：管道入口处速度v，为25m/s，气相灭火剂体积分数10％，液相灭火剂体积分数80％，氮气体积分数10％，空间域温度294.25k,壁面采用标准壁面函数；

步骤三，根据输入的初始气液相灭火剂体积分数、温度值和速度值，FLUENT软件对气体灭火剂的仿真模型进行模拟，监测气体灭火剂的实际运行状态，记录模拟结果，得到管道出口端的灭火剂速度为压力为喷嘴和管道中轴线与出口截面上的速度和压力分布。

优选地，管道长度250mm，内径14.1mm，粗糙高度为0.16mm，材料为7075铝。

进一步地，喷嘴为直通突扩型喷嘴、渐扩型喷嘴或收缩型喷嘴，粗糙高度为0.16mm，材料为7075铝。

优选地，空间域为圆柱体，半径为350mm，高为1240mm。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点为：