微重力条件下细水雾特性及灭火模拟研究

发布时间：2017-05-16 14:25

  本文关键词：微重力条件下细水雾特性及灭火模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：载人航天技术蓬勃发展,研究载人航天器内火灾安全成为一项重要的研究课题。载人航天器内现有的Halon灭火技术和二氧化碳灭火技术存在着一定的缺陷,细水雾以其高效、清洁、稳定、安全无害等灭火特点备受关注,成为载人航天器中理想的灭火剂替代介质,因此研究微重力条件下细水雾及其灭火特性是很有必要的。本文通过数值模拟的方法,主要研究了微重力条件下水滴撞击壁面的动态特性、细水雾的速度特性以及细水雾灭火的有效性,并探讨了有关的影响的因素,揭示了微重力条件下细水雾的灭火机理。 首先,采用了VOF (volume of fluid)模型模拟单个水滴撞击常温固体壁面和高温固体壁面的铺展变形情况,分析了水滴的初始粒径、初始撞击速度和壁面温度在微重力条件下单个水滴撞击常温壁面和高温表面铺展情况的影响。研究结果表明,水滴对高温加热壁面具有很好的冷却效果,速度一定时,粒径小的水滴铺展因子更大,粒径较大的水滴撞击壁面后容易发生反弹,在一定范围内降低水滴的粒径能够增强水滴冷却壁面的效果；水滴的初始速度不同时,水滴撞击壁面后会发生不同的变形过程,冷却壁面的机理也不同。 其次,采用FDS (fire dynamics simulator)软件中PDPA(phase doppler particle analyzer)探测器模拟研究了微重力条件下不同初速度细水雾中心线速度随喷射距离的变化情况,得到了表征中心线速度随喷射距离变化的数学模型。细水雾从喷头喷射后中心线速度随着喷射距离的增大而减小,对其进行了定性分析,模拟结果与理论分析一致。细水雾中心线速度的变化趋势曲线的近似表达式是关于喷射距离的二次多项式,二次多项式的系数是关于细水雾初速度的多项式。 最后,采用FDS软件对微重力条件下细水雾灭火的有效性进行了数值模拟,分析了细水雾的粒径、速度和流量对灭火效果的影响。模拟结果表明,在一定范围内时,细水雾的粒径越小灭火效果越好；细水雾的速度对细水雾灭火效果的影响不大；细水雾的流量必须高于某一流量值时才能够更有效的熄灭火灾,但是当细水雾的流量高于某一临界值时增加流量细水雾灭火效果没有明显的提高。气相冷却是微重力条件下细水雾灭火的主要作用机理。 本文的研究结果为微重力条件下细水雾灭火实验提供了指导和参考,为载人航天器内细水雾的应用和细水雾灭火系统的设计提供了理论依据。
【关键词】：微重力 水滴 细水雾 灭火 数值模拟
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V528;V419
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 微重力条件下水滴撞击壁面12
• 1.2.2 微重力条件下细水雾速度特性12-13
• 1.2.3 微重力条件下细水雾灭火13-15
• 1.3 研究内容及技术路线15
• 1.4 本文章节安排15-18
• 第二章 微重力条件下水滴撞击固体壁面动态特性研究18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 水滴撞击壁面数值模型及方法18-20
• 2.3 数值模型验证20-21
• 2.4 水滴撞击常温壁面21-25
• 2.4.1 水滴速度对水滴铺展的影响21-22
• 2.4.2 初始撞击粒径对水滴铺展的影响22-23
• 2.4.3 水滴最大铺展因子数学模型23-25
• 2.5 水滴撞击高温壁面25-30
• 2.5.1 水滴撞击高温壁面形态和温度场变化情况25-27
• 2.5.2 壁面温度对水滴铺展的影响27-28
• 2.5.3 水滴粒径对水滴铺展的影响28-29
• 2.5.4 初始撞击速度对水滴铺展的影响29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 微重力条件下细水雾速度模拟研究32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 数值模型描述32-34
• 3.2.1 物理模型32-33
• 3.2.2 计算模型33-34
• 3.3 数值模型验证34-36
• 3.4 细水雾速度数学模型36-41
• 3.5 本章小结41-44
• 第四章 微重力条件下细水雾灭火数值模拟研究44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 细水雾灭火数值模型44-50
• 4.2.1 基本守恒方程44-45
• 4.2.2 大涡模拟方法45-46
• 4.2.3 燃烧和辐射模型46-47
• 4.2.4 灭火模型47-49
• 4.2.5 计算模型49-50
• 4.3 细水雾粒径对灭火效果的影响50-55
• 4.4 细水雾速度对灭火效果的影响55-56
• 4.5 细水雾流量对灭火效果的影响56-57
• 4.6 小结57-58
• 第五章 结论与展望58-62
• 5.1 结论58-59
• 5.2 本文的创新点59
• 5.3 下一步工作展望59-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 潘仁明,周晓猛,刘玉海;“哈龙”替代物的现状和发展趋势[J];爆破器材;2001年04期

2 陆强,廖光煊,朱伟,吴迪;油池火中雾卷吸现象的研究[J];工程热物理学报;2005年01期

3 巴鑫;罗小辉;朱玉泉;刘银水;;微重力状态下细水雾雾场特性仿真[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年10期

4 ;Experimental studies on interaction of water mist with class K fires[J];Chinese Science Bulletin;2006年24期

5 范明豪,周华,杨华勇;高压细水雾灭火喷嘴的雾化特性研究[J];机械工程学报;2002年09期

6 李宝仁;金福旭;;细水雾灭火系统雾化喷嘴设计及仿真[J];液压与气动;2010年09期

7 范明豪,周华,朱畅,杨华勇;细水雾灭火喷嘴的雾化特性测量[J];浙江大学学报(工学版);2005年09期

8 杨立军;廖圣洁;富庆飞;蔡国飙;;细水雾灭火技术在载人航天器上应用前景[J];载人航天;2007年04期

9 刘银水;郭志恒;蒋卓;毛旭耀;;空间站细水雾灭电缆火灾地面试验研究[J];载人航天;2012年02期

10 李森;秦俊;马兴鸣;赵兰明;付佳佳;;微重力条件下细水雾速度场特性研究[J];载人航天;2012年04期

  本文关键词：微重力条件下细水雾特性及灭火模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：371122