基于CFD方法的三氟甲烷滅火劑管道流動相態(tài)研究

【摘要】：三氟甲烷滅火劑是典型的潔凈氣體滅火劑之一，它不污染保護對象、不破壞大氣臭氧層、溫室效應小、對人體無害、低毒，是哈龍滅火劑較好的替代品。目前，我國對七氟丙烷滅火系統(tǒng)和IG541混合氣體滅火系統(tǒng)滅火劑在管道中的運行規(guī)律的研究比較透徹，國家已頒布設計規(guī)范，而三氟甲烷滅火劑由于其自身性質(zhì)特殊，其在管道中運行規(guī)律復雜，流動相態(tài)存在爭議，且難以完全通過試驗直接獲得其在管道中的流動相態(tài)，繼而影響系統(tǒng)壓力計算方法的選擇，使得三氟甲烷滅火系統(tǒng)的應用受到限制。 本文利用CFD方法能夠精確地描述流體物理現(xiàn)象的優(yōu)勢，直觀地模擬管道內(nèi)流體流動情況，以確定三氟甲烷在管道中的相態(tài)，進而確定壓力損失計算公式。為三氟甲烷滅火劑管道流動相態(tài)的確定提供了新的方法。 首先對三氟甲烷滅火劑存儲及噴放過程進行了熱力學分析，從理論上初步判斷了三氟甲烷滅火劑的存儲狀態(tài)和管道中的流動相態(tài)及變化規(guī)律；隨后，基于三氟甲烷實際滅火噴放試驗，對試驗數(shù)據(jù)進行了詳細地分析，提出了分段研究三氟甲烷管道流動相態(tài)的思想和模型，并結(jié)合理論分析進一步研究了三氟甲烷滅火劑在不同噴放階段的流動狀態(tài)；最后，利用Fluent前處理軟件，基于實際試驗管網(wǎng)系統(tǒng)建立了基于CFD的三維幾何模型，在研究模型適用性的基礎上，對管道內(nèi)三氟甲烷滅火劑流動相態(tài)進行了分段模擬研究，并對模擬結(jié)果進行了分析，最終確定了三氟甲烷滅火劑在管道中的流動相態(tài)，得出了三氟甲烷滅火系統(tǒng)的壓力損失計算公式。 本文將CFD方法用于三氟甲烷滅火劑管道流動相態(tài)的研究，建立了管道分段模擬模型，經(jīng)實例驗證，該方法可操作性強，模擬結(jié)果直觀性強，同時又彌補了實際試驗成本巨大的不足，具有很強的實用性，可為三氟甲烷滅火系統(tǒng)的進一步應用提供理論參考和決策支持。 【關鍵詞】：三氟甲烷滅火劑 滅火系統(tǒng) 相態(tài) 壓力損失 CFD 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU998.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 潔凈氣體滅火系統(tǒng)的發(fā)展9-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題的目的及意義13
• 1.4 課題的研究方法和內(nèi)容13-14
• 1.5 小結(jié)14-15
• 第二章 三氟甲烷滅火劑存儲與噴放過程相態(tài)分析15-24
• 2.1 三氟甲烷滅火系統(tǒng)簡介15-18
• 2.2 未噴放時儲存容器中三氟甲烷存儲狀態(tài)分析18-19
• 2.2.1 三氟甲烷的低溫儲存18
• 2.2.2 三氟甲烷在儲存容器中的相態(tài)18-19
• 2.3 噴放后三氟甲烷在儲存容器中的膨脹過程19-23
• 2.3.1 噴放后三氟甲烷存儲相態(tài)分析19-22
• 2.3.2 噴放后三氟甲烷在管道中的流動相態(tài)分析22-23
• 2.4 小結(jié)23-24
• 第三章 三氟甲烷滅火劑噴放試驗及數(shù)據(jù)分析24-33
• 3.1 試驗裝置24-26
• 3.2 壓力監(jiān)測26-27
• 3.3 試驗數(shù)據(jù)27-28
• 3.4 噴放過程與壓力變化分析28-32
• 3.5 小結(jié)32-33
• 第四章 三氟甲烷管道流動相態(tài)三維模擬與分析33-58
• 4.1 數(shù)學模型33-39
• 4.1.1 模型的選取33-34
• 4.1.2 控制方程34-36
• 4.1.3 模型離散化36-37
• 4.1.4 模型求解器37-39
• 4.2 物理模型39-44
• 4.2.1 幾何結(jié)構39-40
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分及種類40-42
• 4.2.3 邊界條件及參數(shù)設置42-44
• 4.3 相態(tài)模擬44-53
• 4.3.1 模型驗證44-46
• 4.3.2 第一段相態(tài)模擬46-49
• 4.3.3 第二段相態(tài)模擬49-52
• 4.3.4 第三段相態(tài)模擬52-53
• 4.4 相態(tài)模擬結(jié)果53-54
• 4.5 三氟甲烷滅火系統(tǒng)壓力損失計算公式54-57
• 4.5.1 研究現(xiàn)狀54-56
• 4.5.2 公式確定與誤差分析56-57
• 4.6 小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 主要研究成果58
• 5.2 不足與展望58-60
• 參考文獻60-63
• 發(fā)表論文與科研情況說明63-64
• 致謝64

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