高压细水雾不同空间位置灭火效果的数值模拟

减小字体 增大字体 作者:www.zhonghualunwen.com  来源:本站整理  发布时间:2017-08-28 11:12:08

 1 模型的建立 
  在本文中,美国PyroSim研究所研制开发的细水雾模拟软件。该模拟中使用的模型是大涡旋湍流模型,混合分数模型,欧拉拉格朗日模型。模拟中的总模拟时间为100秒,水雾在20秒内释放。在模拟中始终打开燃烧器。 
  1.1 实验场景设置 
  模拟场景设置的是4m长,3m宽,3m开放空间,顶部的外部连接使得空气循环,燃烧可以继续。考虑到网格的划分,实验设定为方形池火,尺寸为0.5×0.5×0.1,现场是混凝土结构的默认构造,火池1.5m以上放置一个热电偶,XZ平面和中心的池火设置温度剖面,观察温度变化。最后,喷水嘴的位置设定在2.5m的高度,距离根据实验要求而变化。 
  1.2 网格的具体划分 
  网格划分的越精细,计算的误差也越小。所以我们在选择网格的时候需要仔细选择,通过计算得到适合实验的网格。火源附近的网格尺寸由特征直径 D*/δx 决定,D*为火源直径参数,见式1所示: 
  式子中Q表示热释放速率,w;ρ0表示环境空气密度,kg/m3;C0表示空气比热容;J/kg.℃;T0为环境温度;K为流量系数;g为重力加速度,m/s2。δx 最小网格尺寸,为最小网格尺寸,当网格尺度小于0.1D*时,FDS模拟的火灾烟气温度与流动将符合Baum和 MaCaffey实验的曲线拟合方程。依据上述理论,δx=0.1D*为最小网络尺寸,油池火的水平面积为0.25m2。实验用做燃烧的燃料是汽油,通过资料查询,汽油的平均燃烧速率为0.055kg/(m2·s),热释放速率Q为250kw。 
  2 喷头位置变化对灭火的影响 
  实验设置模拟5组细水雾喷头不同位置,喷头高度都设定为2.5m,水平距离池火分别为0.3m、0.6m、0.9m、1.2m。为对比喷头与火池横向距离不同对细水雾灭火效果产生的影响,首先对喷头位于不同位置释放细水雾进行数值模拟。 
  从图4可以看出,热电偶设定的温度从原来设置的环境温度20℃迅速上升到140℃,我们可以看到20s到25s之间,温度没有太大变化,其中可能是由于模拟软件选择的模型是混合气体模型,易燃气体和O2的快速氧化反应,释放出大量的热量,导致温度升高,这也在实验中也被称为“火焰增强现象”。 
  我们从图4可以清楚的看到25s到40s之间,温度曲线骤然下降,从图中可以看出细水雾的灭火出现了效果。因为模拟实验中池火是一直开启着的,所以曲线到最后不会到达环境温度,但我们可以看到曲线到最后开始平稳,到达恒定的值。从图3我们可以清楚地看到横向距离为0.3m灭火效果最好,下降速度也越快,而相比较1.2m灭火效果最差,火焰没有完全扑灭.原因在于横向距离越大,细水雾雾通量越小,不足以穿透火羽表面,也就无法进入火焰内部,从而无法达到灭火的效果。由4根图线分析横向距离越大,细水雾灭火效果越差,由此我们可以得出喷头位于火池正上方时灭火效果最好。0s至25s之间为火焰的上升阶段,25s之后火焰被抑制,而20s时细水雾开启,我们可以看出有一段时间火焰在增长,所以我们把灭火的过程分为四个过程:火焰初步增长过程、火焰初步抑制过程、火焰再增长过程、火焰再抑制过程。主要过程是再抑制过程,我们需要缩短火焰再增长时间,这样才能更好地达到灭火的效果,及时挽回相应的损失。 

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