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干粉消防车气固两相流场的数值模拟分析
| 论文题名： | 干粉消防车气固两相流场的数值模拟分析 |
| 关键词： | 干粉消防车;计算流体动力学;数值模拟;气固两相流;湍流模型 |
| 摘要： | 火灾是最经常、最普遍地威胁公共安全和社会发展的主要灾害之一。随着经济的发展，科技的进步和城市化进程的加快，工业生产和人们生活导致的火灾呈现多发态势。资源的深度开发，交通的密集化，新工艺新材料新设备的发明，机械化电气化自动化水平的提高，人口集中、建筑集中、财富集中、生产集中，都导致了火灾发生率的增加以及危害性和次生灾害的的增加，并且火灾中燃烧物为液体、气体以及金属的B、C、D类火灾越来越占据主要的地位。而我国现阶段的消防车以传统泵浦消防车为主，泵浦消防车对 B、C、D类火灾无能为力，所以干粉消防车将在未来的消防中占据越来越重要的地位。本文基于校企合作项目，基于计算流体动力学对罐装3吨的干粉消防车的各项重要参数进行了研究。 本文首先介绍了计算流体动力学的基本理论，对比不同湍流模型的计算精度和对计算机内存的要求，分析了两种不同两相流描述方法——欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法对不同两相流问题的适应性，介绍了颗粒相在流体中所受的不同类型的力。综合考虑计算模型的适应性，计算精度以及方案的可行性，最终选择Realizable k-ε湍流模型，欧拉-欧拉法中的欧拉两相流计算模型。颗粒相的受力类型选择拽力、碰撞力和摩擦力忽略其它次要类型的受力。 分析了干粉罐、氮气瓶和喷射流域的结构特点，并对计算模型进行了简化。利用ANSYS mesh绘制干粉罐的三维网格结构并设置条件。本文利用ICEM CFD绘制了干粉罐、氮气瓶和喷射流域的二维网格，在流动参数梯度较大的几何结构处，进行局部网格细化，从而有效地提高了计算精度并减少计算量。利用AMESim中的气动元件库（Pneumatic Component Design，PCD）建立了气动减压阀的模型，通过对气动减压的仿真计算获得了减压阀的压力特性和流量特性。 利用计算流体动力学软件FLUENT分别对氮气瓶的放气过程、干粉罐的充气过程、干粉罐的喷射过程和喷射流域内干粉的喷射过程进行数值模拟计算，并利用MATLAB对计算结果进行数值处理，获得了干粉消防车的各项重要参数：充气时间、有效喷射时间、有效射程、剩粉率和有效喷射率。进行干粉喷射实验，并对比实验及仿真数据，验证数值模拟计算的正确性。通过对比实验数据和仿真数据，找出不满足GB7956-1998《消防车消防性能要求和实验方法》中要求的干粉消防车参数，分析了原因并提出了优化设计建议。 |
| 作者： | 赵志华 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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