喷粉式草原风力灭火机的研究
本文关键词： 草原火灾 风力灭火机 喷粉 CFD-DEM耦合 仿真优化 出处：《中国农业大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：我国是一个草原火灾多发的国家,目前常用于扑灭草原火灾的单兵灭火装备主要为便携式风力灭火机,由于便携式风力灭火机效率较低,灭完火的草原区域容易在大风的作用下火场死灰复燃,为此本文在便携式风力灭火机的基础上设计了三种新型喷粉式草原风力灭火机,分别是便携喷粉式风力灭火机、手摇喷粉式风力灭火机和中型喷粉式风力灭火机。本文的主要研究工作如下：1.在查阅文献和调研资料的基础上,分析了便携式风力灭火机的缺点和不足,总结了近年来国内外学者对风力灭火机进行仿真模拟优化的方法,并列举了几种气固喷射器和气固两相流的研究方法,确定了本文的技术路线。2.设计便携喷粉式风力灭火机。提出两种喷粉式风力灭火机的灭火剂添加方案并进行对比。运用Ansys12.0对风筒模型进行构建,使用其中的DEM模块进行散粒体参数的设置。运用CFD-DEM耦合方法对喷粉式风力灭火机的风筒进行了模型构建,并对仿真模型进行了验证。3.对便携式喷粉风力灭火机进行优化试验。根据二次正交旋转组合试验原理,将用收缩角α、添加位置s、风筒长度1作为试验变量,选取出口风速、灭火剂喷出速度、稳定喷射时风筒中灭火剂颗粒数量为评价指标,进行二次正交旋转组合试验。试验采用仿真模型在计算机中进行,采用响应面法、加权法综合对最佳参数组寻优,发现喷粉式风力灭火机收缩角取20。,灭火剂添加孔道距进风口140 mm,风筒长度为700 mm时喷粉式风力灭火机性能最优。采用该参数组的虚拟试验结果显示,颗粒喷出速度提高至41.24 m/s,同时风筒内颗粒数降低至209个。验证实验表明,优化后的风筒能够有效提高喷粉式风力灭火机的喷粉射程,缩短灭火时间且无复燃。4.以便携喷粉式风力灭火机和手摇式喷粉机为基础,设计了立式和手提式两种形式的手摇喷粉式灭火机。使用Fluent12.0对立式手摇喷粉风力灭火机的工作过程的流场进行分析,并制定了改进方案,然后对其进行CFD-DEM耦合仿真模拟验证其性能。使用Fluent12.0对手提式手摇喷粉风力灭火机的流场也进行分析,然后对其进行CFD-DEM耦合仿真模拟验证其性能。对比可知,手提式的设计方案出口风速和喷粉速度更佳,故选取手提式喷粉灭火机进行样机的试制,试制后对样机的喷粉灭火效果进行试验验证,试验结果表明样机灭火时间较长,有待进一步研究改进。5.基于对近年来新型草原灭火装备的研究,本文设计了一种中型喷粉式风力灭火机。将柴油机通过传动系统直接对接风机,工作时能够通过灭火剂添加系统向风机内不断送入灭火剂。通过提高发动机功率和加大高压离心风机尺寸参数以实现增大灭火距离和提高灭火效率。该设备采用车载式,灵活操作,由动力系统、风机系统、传动系统、灭火剂添加系统、风筒操作系统等部分组成。对设计的中型风力喷粉灭火机进行了CFD-DEM耦合仿真模拟。选择中国一拖生产的东方红YTR4108G54型柴油机作为样机的动力输出,河北省高碑店风机总厂生产的9-26-63型高压离心风机作为灭火执行部件。样机生产后同样对其进行灭火实验。使用CFD-DEM耦合法对中型喷粉式风力灭火机加长型风筒和带收缩角风筒进行评价,发现加长的直筒能够有效地提升颗粒喷出速度,而加长的带收缩角风筒能够有效地提升颗粒喷出速度和出口风速。
[Abstract]:This paper analyzes the shortcomings and disadvantages of the portable wind fire extinguisher by using the method of simulation simulation of portable wind fire extinguisher . This paper designs a kind of medium - sized powder spray type wind fire extinguisher by using Fluent12 . 0 as the power output of the prototype . The experimental results show that the optimized air cylinder can effectively improve the fire extinguishing distance and improve the fire extinguishing efficiency . The experimental results show that the optimized wind torch can effectively improve the fire extinguishing distance and improve the fire extinguishing efficiency .
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S817.83
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本文编号：1518279
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