设备内火灾数值模拟及火探管管路优化设计

摘要

在工业生产中，有很多密闭的生产设备，这些设备中可能含有易燃液体，比如在涂浆机底部就储存有甲苯、丁酮等有机溶剂。由于设备封闭，设备内部难以在发生火灾的初始阶段就探测到火源，所以针对小型密闭空间火灾，寻求更加有效的局部灭火方法已经迫在眉睫。目前，国内外主要研究的是大空间发生火灾时的数值模拟，但对于精密仪器、封闭设备等密闭小空间火灾的研究微乎其微。起火时若能将火扑灭在初始状态，则可以最大程度降低火灾带来的危害。火探管灭火系统作为消防行业的一个创新发明，在周围温度达到160℃时发生爆破并传递火灾信号、喷射灭火介质。所以本文主要研究密闭小空间设备内的火灾模拟，并将火探管灭火系统与密闭小空间火灾模拟结合在一起。在进一步了解小空间火灾特点的基础上，利用火探管做到将火灾扑灭在最初阶段。
　　本研究对火探管灭火系统的工作原理、设备组成、特点等做详细介绍。并且针对不同的保护对象，采用不同的灭火方法和灭火剂。由于国内尚未有专门针对火探管的设计规范，所以参照七氟丙烷全淹没式灭火系统设计规范，设计计算火探管灭火系统灭火剂的用量。采用控制变量的方法，在可燃性液体为甲苯，绝热壁面条件下，模拟分析了不同排气量影响下设备的温度场、流场和二氧化碳浓度的变化，模拟结果表明，在一定范围内，排气量越大，燃烧反应越剧烈；在可燃性液体为甲苯，相同排气量条件下，模拟冬季和夏季不同壁温影响下设备的温度场、流场和二氧化碳浓度的变化，模拟结果表明，壁温越高，燃烧反应越剧烈；以及可燃性液体为丙酮，在相同排气量条件下，模拟冬季和夏季不同壁温影响下设备的温度场、流场和二氧化碳浓度的变化，并与相同边界条件下的甲苯溶液对照，模拟结果表明，当燃料性质更活泼时，燃烧反应越剧烈。并且对不同工况下的数值模拟结果进行对比分析，总结小空间火灾特点：密闭小空间发生火灾时，设备内各区域温度上升较快，应迅速采取灭火措施。且根据温度场等情况分析火探管灭火系统应该布置的大致位置和达到其爆破温度的时间点，以及喷射灭火剂时设备内各区域温度、流场和二氧化碳浓度的变化情况。结合模拟结果，分别对最快达到火探管爆破温度和最慢达到火探管爆破温度的模拟结果进行分析。根据实际设备和发生火灾时设备内各个部分不同时间点、不同区域位置的一维温度、二维温度等，对设备内火探管道进行布置：在密闭空间发生火灾时，应尽量将火探管灭火系统布置于火源上方。本文是对小空间火灾数值模拟和消防行业的重要补充。

目录

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究的目的及意义

1.3研究内容及方法

第二章火探管感温自启动灭火系统介绍

2.1火探系统的工作原理

2.2设备组成

2.3使用范围

2.4火探系统与传统气体灭火系统比较

2.5本章小结

第三章 灭火剂选择与充装量计算

3.1灭火剂简介

3.2燃料成分介绍

3.3火探管感温自启动灭火装置的选型

3.4灭火剂充装量计算

3.5本章小结

第四章 数值模拟

4.1燃烧的简单介绍

4.2火灾燃烧过程

4.3数学模型

4.4涂胶机设备内Fluent数值模拟

4.5数值模拟结果及分析

4.6本章小结

第五章 火探管管路优化设计

5.1火探管有效使用长度

5.2火探管灭火系统的布置设计

5.3设备内管路设计

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1结论

6.2本文创新点

6.3展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢