基于CFD方法的三氟甲烷灭火剂管道流动相态研究

【摘要】：三氟甲烷灭火剂是典型的洁净气体灭火剂之一，它不污染保护对象、不破坏大气臭氧层、温室效应小、对人体无害、低毒，是哈龙灭火剂较好的替代品。目前，我国对七氟丙烷灭火系统和IG541混合气体灭火系统灭火剂在管道中的运行规律的研究比较透彻，国家已颁布设计规范，而三氟甲烷灭火剂由于其自身性质特殊，其在管道中运行规律复杂，流动相态存在争议，且难以完全通过试验直接获得其在管道中的流动相态，继而影响系统压力计算方法的选择，使得三氟甲烷灭火系统的应用受到限制。 本文利用CFD方法能够精确地描述流体物理现象的优势，直观地模拟管道内流体流动情况，以确定三氟甲烷在管道中的相态，进而确定压力损失计算公式。为三氟甲烷灭火剂管道流动相态的确定提供了新的方法。 首先对三氟甲烷灭火剂存储及喷放过程进行了热力学分析，从理论上初步判断了三氟甲烷灭火剂的存储状态和管道中的流动相态及变化规律；随后，基于三氟甲烷实际灭火喷放试验，对试验数据进行了详细地分析，提出了分段研究三氟甲烷管道流动相态的思想和模型，并结合理论分析进一步研究了三氟甲烷灭火剂在不同喷放阶段的流动状态；最后，利用Fluent前处理软件，基于实际试验管网系统建立了基于CFD的三维几何模型，在研究模型适用性的基础上，对管道内三氟甲烷灭火剂流动相态进行了分段模拟研究，并对模拟结果进行了分析，最终确定了三氟甲烷灭火剂在管道中的流动相态，得出了三氟甲烷灭火系统的压力损失计算公式。 本文将CFD方法用于三氟甲烷灭火剂管道流动相态的研究，建立了管道分段模拟模型，经实例验证，该方法可操作性强，模拟结果直观性强，同时又弥补了实际试验成本巨大的不足，具有很强的实用性，可为三氟甲烷灭火系统的进一步应用提供理论参考和决策支持。 【关键词】：三氟甲烷灭火剂 灭火系统 相态 压力损失 CFD 数值模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU998.13
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 洁净气体灭火系统的发展9-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 课题的目的及意义13
• 1.4 课题的研究方法和内容13-14
• 1.5 小结14-15
• 第二章 三氟甲烷灭火剂存储与喷放过程相态分析15-24
• 2.1 三氟甲烷灭火系统简介15-18
• 2.2 未喷放时储存容器中三氟甲烷存储状态分析18-19
• 2.2.1 三氟甲烷的低温储存18
• 2.2.2 三氟甲烷在储存容器中的相态18-19
• 2.3 喷放后三氟甲烷在储存容器中的膨胀过程19-23
• 2.3.1 喷放后三氟甲烷存储相态分析19-22
• 2.3.2 喷放后三氟甲烷在管道中的流动相态分析22-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 三氟甲烷灭火剂喷放试验及数据分析24-33
• 3.1 试验装置24-26
• 3.2 压力监测26-27
• 3.3 试验数据27-28
• 3.4 喷放过程与压力变化分析28-32
• 3.5 小结32-33
• 第四章 三氟甲烷管道流动相态三维模拟与分析33-58
• 4.1 数学模型33-39
• 4.1.1 模型的选取33-34
• 4.1.2 控制方程34-36
• 4.1.3 模型离散化36-37
• 4.1.4 模型求解器37-39
• 4.2 物理模型39-44
• 4.2.1 几何结构39-40
• 4.2.2 网格划分及种类40-42
• 4.2.3 边界条件及参数设置42-44
• 4.3 相态模拟44-53
• 4.3.1 模型验证44-46
• 4.3.2 第一段相态模拟46-49
• 4.3.3 第二段相态模拟49-52
• 4.3.4 第三段相态模拟52-53
• 4.4 相态模拟结果53-54
• 4.5 三氟甲烷灭火系统压力损失计算公式54-57
• 4.5.1 研究现状54-56
• 4.5.2 公式确定与误差分析56-57
• 4.6 小结57-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 主要研究成果58
• 5.2 不足与展望58-60
• 参考文献60-63
• 发表论文与科研情况说明63-64
• 致谢64

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