细水雾灭火装置研究汇报.ppt

1. 细水雾发生装置的概述 2. 5篇优秀论文剖析 3. 新疑惑 细水雾发生装置概述 1 细水雾的定义 在最小设计工作压力下，距喷嘴1米处的平面上， 测得水雾最粗部分的水微粒直径Dv0.99不大于 1000um。 按水雾中水粒径的大小分为3级，第一级细水雾为 Dv0.99不大于200um的水雾。第二级为200um400um ，第三级细水雾为Dv0.99大于400um的水雾。 2 传统的细水雾发生方法 撞击式雾化技术 原理：使水流冲击金属撞击头然后破碎成小液滴 。 压力式雾化技术 原理：通过将液体加压，使水流从小孔径的喷口 高速喷出，水流在非常接近喷口的地方破碎成 液滴而形成水雾。一般要大于10Mpa 细水雾发生装置概述 3 传统的细水雾发生方法 双流体式雾化技术 原理：将水和气相雾化介质同时从喷口喷出，利用压 缩气体对水的剪切作用形成细水雾。水和压缩气体 的工作压力在0.3-0.7Mpa之间。 气泡雾化技术 原理：将少量的雾化气体以气泡的方式在喷出前注入 液体中形成两相流，依靠气泡的膨胀破裂形成雾滴 。 细水雾发生装置概述 1 喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究_程卫民 2 内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究_安辉 3 撞击式喷头的雾化仿真分析_姚党伟 4 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究_朱征 5 纯水液压细水雾灭火系统研究_范明豪 近期阅读的5篇论文 喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究 1 解决问题 本研究选择压力式雾化喷嘴，利用实验手段，对喷嘴在 不同压力下的喷雾雾化粒度分布、喷雾压力与雾化粒径 之间的关系等进行了研究。进一步寻求压力式雾化工况 参数的优选范围，达到喷雾降尘的良好效果。 2 喷嘴喷雾雾化实验示意图 喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究 3 喷嘴雾化实验 选用Winner313粒度分析仪分别对2.0、1.8、1.5、1.3 和1.0mm这5类直径压力式雾化喷嘴在2-10Mpa不同雾化 压力下的雾滴粒径分散度进行测定。 喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究 3.1 不同喷嘴压力下的雾化粒径分布 实验喷嘴12345 喷嘴孔径/mm21.81.01.31.5 现对孔径为1.5mm的5号喷嘴在5个压力下的雾化粒径 实验结果进行分析。如下表 喷雾压力/Mpa246810 D50/um110.710 107.344 56.916 58.434 39.312 实验所用喷嘴孔径如下表 由此可知，当压力增大到8Mpa时，粒径的减小幅度有所 减缓。继续增大压力，对喷雾设备的磨损严重，不利于 长久使用。 喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究 3.2 5种直径喷嘴在不同压力下的雾化粒径参数 喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究 （1）在相同位置相同压力下，喷嘴的孔径越小，所形 成的雾滴越小。喷嘴在1.0-1.5mm之间的3个喷嘴，雾化 粒径在不同压力下的变化基本接近。 （2）同一喷嘴在不同压力下，大直径喷嘴的雾化粒径 变化不明显，小直径的喷嘴变化明显，因此，喷嘴直径 不能过大，否则效果差。 由上可知 3.3 结论 井下喷雾水中一般有杂质，孔径不宜过小，以1.5mm左 右最佳。最好不大于2mm。 8Mpa压力时SMD最好。若继续增大压力至10Mpa，则对喷 雾设备磨损加大，不利于长久使用，故喷雾压力选用 8Mpa最佳。 1 解决问题 本研究主要是为了取得高效的燃料油，通过查资料，做 实验寻求双流体雾化喷嘴的优选范围 内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究 2 内混式喷嘴的结构示意图 3 实验 雾化特性的主要影响因素有：气液比、喷嘴前气压、混 合腔压力比、喷嘴前油压等工况参数；几何方面的影响 因素有气孔直径、气孔数目、气流交角、出口直径、油 孔直径等。 衡量雾化质量的主要指标有：雾化粒度、雾化均匀度、 雾化角和流量密度的分布等。 内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究 3.1 确定几何结构的最佳值 内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究 雾化平均直径MMD随着气孔直径D的增大而减小 3.1 确定几何结构的最佳值 内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究 对于一定的气压值,MMD随气孔数n的增加而减小, 但随n的增大,逐渐转平,本试验中气孔数n以46个为 适宜； 雾化平均直径MMD随气流夹角a增大而先减小,后升 高,有一个使MMD最小的最佳值,a的最佳值约为60 左右； 由雾化平均粒径MMD值可知，油孔直径D的影响较小 由试验结果知，喷口直径D的影响，在3.5左右 时且满足临界液压比能发生雾化； 由试验结果，当气液流交角为60,气液质量比在46 之间时,喷嘴的雾化效果最好； 内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究 3.2 工况参数实验 仅要求供气压力0.4MPa左右,油 压在较宽范围内调节(最大至 l.IMPa)时均可有良好的雾化细 度(SMD50)。 撞击式喷头的雾化仿真分析 1 解决问题 针对撞击式雾化喷头，利用仿真软件FLUENT，对喷嘴外 部流畅进行模拟仿真，并分析雾化参数对雾化性能的影 响。确定压差和喷头孔径的最优值，达到雾化降温的良 好效果 2 内混式喷嘴的结构示意图 3 仿真结果与分析 撞击式喷头的雾化仿真分析 撞击式雾化喷头压差一般都在 2 MPa 以内，故模拟 了 0.8 MPa、1 MPa、1.2 MPa。选用喷头孔径为0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm。 3.1 雾化形状与液滴速度云图 下图为压力在 0.8 MPa 下不同孔径的雾化（雾化 形状为空心圆锥形结构）速度云图。 撞击式喷头的雾化仿真分析 由图可知，在直径为30 mm 的空 气域中，孔径为 0.2 mm 的粒子 在水平方向运动减弱程度最小， 粒子基本沿原来的水平方向运动 ，这样可以大大提高雾化区域效 果。而其他不同孔径的粒子在水 平方向运动减弱明显，特别是 0.8 mm 的孔径，其雾化角度已 经相对较小，效果自然也不令人 满意。同时，经过仿真分析，在 孔径相同，压力变化不大的情形 下，粒子雾化区域变化较小，故 可忽略其压力变化产生的雾化影 响。 3.2 不同孔径平均粒径与压差的关系 撞击式喷头的雾化仿真分析 由图可知，同一孔径下，压差越大，其平均粒径相对 越小；同一压强下，孔径越小，其平均粒径也相对较 小。其平均粒子大小基本在 24 m 之间。孔径单 位：mm。 撞击式喷头的雾化仿真分析 3.3 结果 应用ANSYS 内相关软件（Geometry、ICEM-CFD）建模 ，进行网格划分，利用 FLUENT 软件对撞击式雾化喷 头进行仿真计算，得到了喷嘴雾化形状、粒子分布区 域等，得到在1.2 MPa下，0.2 mm孔径雾化粒径更小， 而在减小压强（如 1 MPa、0.8 MPa），雾化粒径有变 大的趋势。 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究 1 解决问题 如何在低气压条件下使用这种特殊的喷嘴得到超细雾 化液相。并通过实验寻求雾化的最优参数，及探究内 部碰撞角的变化规律 2 内部碰撞雾化器示意图 3 实验分析 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究 本实验通过从喷嘴两侧的两个1/4英寸管提供压缩空气 ，加压液体则是从雾化器顶部1.3mm深洞送入，孔口直 径为2mm（其余参数见表1）。 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究 3.1 雾化特性 图2显示索特平均直径随雾化压 力的变化规律。可知液滴尺寸也 会随着液体压力的增加而增加， 结果显示，当雾化压力增大3倍 ，平均液滴尺寸则减小了13倍。 这表明，在高气体压力情况下， 雾化影响被加强。 在SMD=4m的虚线处，是雾化操作的极 限区域。当液体压力和气体压力为别为 2.5bar和3.5bar的测试条件下，最低平 均液滴尺寸可以降低到4.0m 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究 图3所示，索特平均直径随气液质量比的变化规 律。当GLR（气液质量比）从0.02增至0.3时，液 滴的SMD从60m单调下降至6.0m。当GLR低于 0.14时，液滴平均尺寸小于10m。 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究 3.1 内部碰撞角的影响 气体压力为3.0bar，当碰撞角度 从47.5升至67.5，则扩张角 从36升至50。由于撞击角度 的增加，气体速度的水平分量增 加，扩张角也增加。 气体压力为3.0bar，当碰撞角从 47.5升至67.5，则SMD从 28.04m降至18.80m。这意味 着，可以通过增加内部碰撞角度 达到更好的雾化特性。 新型喷嘴内部碰撞雾化特性研究 3.1 结论 本文对全新设计并且具有内部碰撞机制的雾化 器的雾化特性进行了描述。结果显示，当 GLR=0.14，索特平均直径低于10m，在液压和气 压为2.5bar和3.5bar的测试条件下，最小平均液 滴尺寸小于4.0m。结果也表明，在低压的实验 条件下使用本特殊喷嘴，可以得到超细雾化液相 。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 1 解决问题 对直射式不加旋芯喷嘴的一些内、外部雾化特性参数 进行了MATLAB仿真，通过试验寻求雾化的最优参数（ 出口压力、出口孔径等）。对改进加旋芯的喷嘴进一 步分析。 2 喷嘴内部示意图 3 仿真模拟分析 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 一般取圆柱段长度为喷嘴出口直径的2.5一3倍最为合适 。为便于加工及仿真比较,选择喷嘴的收缩角a为130、300 、600、900,出口圆柱段长度L分别取为0d(无出口圆柱段) 、2d、3d、4d。 喷嘴部分的水力损失跟喷嘴内部的结构参数有很大的关 系,下面针对前文所选的喷嘴形式分别进行计算,计算初 始条件为:出口直径d=1.5mm,出口喷雾压力14Mpa,流量 16L/min。 3.1 喷嘴结构参数对射流压力、出口速度的影响 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 出口圆柱段l/d越长,喷雾压力越小(即喷嘴段的压力 损失越大) 出口喷雾压力随着收缩角a从00开始增大而增大,到 约130以后,则开始随着a的增大而减小。经过喷嘴时 的出射压力比泵出口喷雾压力减少了1一2.5MPa。 射流出口速度u0随着l/d的增大而 减小;随收缩角a从00开始增大而 增大,到约130以后,则随着a的增 大而减小。 a和l/d对u0的影响变化从162m/s 到142m/s,其变化幅度约为12%。 即在此压力下,喷嘴结构对射流 出口速度有影响,但不是很大。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 3.2 喷嘴雾化压力对SMD的影响 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 由图可知 出口喷雾压力对SMD的 影响极大,SMD随着出口喷雾压力 的升高而呈接近倒数关系降低。 当出口喷雾压力升高到约6MPa时 ,SMD己小于400um:在8一9Mpa之 后,SMD的减小幅度已较小,其值 为230um一120um;在14Mpa之后 ,SMD基本稳定在120um左右,己经 达到超细水雾的要求。 所以,根据实际要求不必要再盲目追求更高的压力。 基本上取9MPa己能够满足细水雾的雾化要求。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 3.3 喷嘴出口直径对SMD的影响 在出口喷雾压力14MPa、系统流 量16L/min的情况下,不改变喷嘴 内部结构,仅改变喷嘴出口直径, 可得随着喷嘴出口直径的增加, 液滴SMD变大。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 3.3 喷嘴结构对SMD的影响 在出口喷雾压力14MPa、系统流量16L/min及喷嘴出口直 径为1.5mm的情况下,改变喷嘴内部结构,使收缩角分别 为130、300、600、900,出口圆柱段长度l/d分别为l、2、 3、4 SMD直径随着l/d的增大而变大, 与收缩角对SMD的影响相比,出口 圆柱段长度l与喷嘴出口直径d的 比值对SMD的影响更大。为了获 取较小的SMD,应该选取较小的 l/d。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 由前述可知在出口喷雾压力为9MPa时,即能基本满足 雾化的要求,故取出口喷雾压力为9MPa,系统流量为 16L/min时,再来分析一下此时的情况 由图可知l/d越大SMD越大,雾化 质量越差;随着a的增加到约13。 时,SMD先衰减到波谷,又逐渐上 升。SNID总体上从360um变化到 220um,变化幅度约为45%,但SMD 均能满足小于400um的要求。即a 和l/d对SMD并不是最重要的影响 因素。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 联合前面出口喷雾压力对SMD的影响,可得出: 出口喷雾压力和喷嘴出口直径是影响雾滴SMD的两个最 关键因素。而收缩角a和出口圆柱段长度l/d对SMD有影 响,但并不是最重要的影响因素。 3.4 直射式喷嘴初步试验 试制了收缩角a=130、300、600、900,长径比l/d为0、2、 3、4的喷嘴共16个,分别在工作压力为3、5、7、9、 11MPa下实测。 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 直射式高压高效喷嘴的设计仿真与试验研究 3.5 结论 测量结果同时表明喷嘴内部结构以l/d=2,a=300一600 时的雾化效果为佳。同时,计算喷嘴外部雾化特性参 数时,也可看出雾化锥角约在120左右,这也符合前文 推导的结果。相同喷嘴出口直径下,出口喷雾压力越 大,SMD越小,目测即可看出。当出口喷雾压力高于 9MaP后,SMD变化不明显,故以8一9MPa为本型喷嘴的 最低稳定出口喷雾压力。 建模所需的数学软件工具 MATLAB：绘图功能, 导入导出数据,数字图象的读和写 求解方程与方程组、求解微分方程 插值与拟合 线性规划、非线性