基于CFD的三氟甲烷灭火系统运行规律研究

【摘要】： 三氟甲烷气体灭火系统是以三氟甲烷为灭火剂的哈龙替代灭火系统,其综合性能良好,是哈龙替代品中最优者之一。但由于三氟甲烷灭火剂自身性质的特殊性,其在管网中的行为非常复杂,只通过实验很难直观形象地把握其运行规律。计算流体动力学(简称CFD)通过计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上定量描述流场的数值解,从而达到对物理问题研究的目的,这就为三氟甲烷灭火系统的模拟计算创造了有利的条件,提供了一种重要的手段。 本文首先通过对已有实验研究获得的数据和曲线进行分析和计算,结合流体力学、化工热力学、两相流、物理化学、相变等学科的基础理论,研究三氟甲烷灭火剂在储存和喷放过程中压力、密度和温度的变化过程和相态变化过程,为数值模拟过程的参数设置提供理论依据。 然后,利用CFD商用软件FLUENT进行三氟甲烷灭火系统模拟方法的研究。由于FLUENT提供的计算模型对问题的适应性、模拟的精细程度、对计算机的能力要求及应用的经验方面各有千秋,所以必须慎重选择,在没有任何前人经验可以参考的情况下,本文探索性的建立了两种模拟方法,最后比较两种方法的模拟结果与实际的符合程度,得出适合三氟甲烷灭火系统的模拟方法。 最后,在建立好模拟方法之后,用该方法对不同长度的直管和不同管径的弯管做了压力损失模拟,用于校正推导出的公式,最后获得校正后的三氟甲烷灭火系统压力损失计算公式。 本文首次将CFD模拟用于三氟甲烷灭火系统研究,代替成本巨大的实验研究,并在此基础上获得了更加准确的压力损失计算公式,对三氟甲烷灭火系统的设计和行业设计规范的制定有一定的参考价值,促进三氟甲烷灭火系统在国内的应用。 【关键词】：三氟甲烷 灭火系统 CFD 压力损失 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】：2009
【分类号】：TU892
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 气体灭火系统的发展9-10
• 1.1.2 哈龙替代物的出现10-11
• 1.1.3 存在的问题和发展趋势11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 课题提出及目的和意义12-13
• 1.4 研究方法和内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 三氟甲烷气体灭火系统介绍15-27
• 2.1 三氟甲烷灭火剂15-17
• 2.1.1 三氟甲烷灭火剂性质15-16
• 2.1.2 三氟甲烷灭火剂灭火机理16
• 2.1.3 三氟甲烷灭火剂的优点16-17
• 2.2 三氟甲烷气体灭火系统17-22
• 2.2.1 气体灭火系统分类17-18
• 2.2.2 三氟甲烷气体灭火系统分类与使用18-20
• 2.2.3 三氟甲烷气体灭火系统适用范围20-21
• 2.2.4 三氟甲烷灭火系统与其它气体灭火系统的比较21-22
• 2.3 三氟甲烷气体灭火系统设计22-26
• 2.3.1 系统设计步骤22-25
• 2.3.2 现有管网设计方法及存在问题25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 三氟甲烷气体灭火系统管路流动特性理论研究27-40
• 3.1 基础理论27-31
• 3.1.1 流体力学基本理论27-30
• 3.1.2 气液两相流体力学理论30
• 3.1.3 其它理论30-31
• 3.2 已有实验分析31-35
• 3.2.1 实验方法31-33
• 3.2.2 结果分析33-35
• 3.3 三氟甲烷灭火剂的状态分析35-39
• 3.3.1 未喷放时的灭火剂状态分析35-36
• 3.3.2 喷放过程的灭火剂状态分析36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 三氟甲烷灭火系统CFD模拟方法研究40-57
• 4.1 计算流体动力学(CFD)理论基础40-47
• 4.1.1 计算流体动力学概述40-41
• 4.1.2 CFD基本模型41-43
• 4.1.3 CFD模型的离散43-45
• 4.1.4 流场数值计算的主要算法45-46
• 4.1.5 CFD的求解过程46-47
• 4.1.6 UDF介绍47
• 4.2 常用CFD商用软件——FLUENT47-49
• 4.2.1 FLUENT软件的组成47-48
• 4.2.2 FLUENT求解步骤48
• 4.2.3 网格生成技术48-49
• 4.3 模拟方法的建立49-53
• 4.3.1 建立网格模型49-51
• 4.3.2 FLUENT求解51-53
• 4.4 模拟结果分析53-56
• 4.4.1 单相流模拟结果53
• 4.4.2 气液两相流模拟结果53-55
• 4.4.3 结果分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 三氟甲烷气体灭火系统管路压力损失计算方法研究57-65
• 5.1 压力损失计算公式57-58
• 5.2 公式校正58-64
• 5.2.1 压力损失模拟计算58-62
• 5.2.2 模拟结果与计算结果比较62-63
• 5.2.3 公式校正63-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 主要成果及创新点65-66
• 6.2 不足与展望66-67
• 参考文献67-71
• 发表论文和科研情况说明71-72
• 致谢72

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