基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定方法及系统，所述方法包括以下步骤：步骤1，基于所述超细水雾灭火系统安装现场发生火灾时的燃烧类型确定燃烧模型；步骤2，基于所述燃烧模型在FLUENT软件中进行建模和网格划分，通过仿真计算确定实现灭火所需要的水雾浓度，得出所要建立的超细水雾灭火系统的参数；其中，超细水雾与火焰相互作用的空间简化为2D轴对称的计算区域。本发明通过FLUENT模拟不同浓度的超细水雾灭火结果，可较精确地确定超细水雾灭火系统的各项参数。

说明书

技术领域

本发明属于超细水雾灭火技术领域，涉及超细水雾灭火系统的参数确定领域，特别涉及一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定方法及系统。

背景技术

超细水雾灭火系统是在传统的水喷淋灭火系统的基础上发展起来的一种新型消防技术，系统用水量是水喷淋系统的1/10～1/5，它拥有水基灭火系统的优点，且无毒、没有腐蚀性，可极大地降低火灾损失和水渍损失，使工业生产系统能快速恢复。

一般超细雾灭火系统方案设计需明确保护对象，划分保护区，确定保护形式是全淹没还是局部保护，对照标准选取最小喷雾强度、最小工作压力、喷头最大安装间距等参数，结合产品选取合适的喷头，计算总流量，确定泵组式设备的流量和水箱的容积。然而，标准中规定的各项要求如喷头流量、系统流量、水箱容量及喷头高度等都是通过模拟试验和计算得到的，由于实际情况往往比较复杂，仅仅根据标准很难精确地确定灭火系统的各项参数。

综上，亟需一种新的超细水雾灭火系统的参数确定方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过FLUENT模拟不同浓度的超细水雾灭火结果，可较精确地确定超细水雾灭火系统的各项参数。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定方法，包括以下步骤：

步骤1，基于所述超细水雾灭火系统安装现场发生火灾时的燃烧类型确定燃烧模型；

步骤2，基于所述燃烧模型在FLUENT软件中进行建模和网格划分，通过仿真计算确定实现灭火所需要的水雾浓度，得出所要建立的超细水雾灭火系统的参数；

其中，超细水雾与火焰相互作用的空间简化为2D轴对称的计算区域。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，所述燃烧模型确定为有限速率模型。

本发明的进一步改进在于，所述有限速率模型的表达式为：k＝ATb×exp(-E/RT)，

式中，k为速率常数，R为摩尔气体常数，T为热力学温度，E为表观活化能，A为指前因子。

本发明的进一步改进在于，步骤2的仿真计算过程中，还包括：热羽流运动的湍流模拟釆用标准k-湍流模型。

本发明的进一步改进在于，步骤2的仿真计算过程中，还包括：超细水雾的运动、蒸发采用离散相模型来模拟。

本发明的进一步改进在于，步骤2的仿真计算过程中，还包括：模拟工况的灭火结果釆用火焰温度作为判据。

本发明的进一步改进在于，所述釆用火焰温度作为判据具体包括：火焰温度在预设时间内持续低于1600K，认为火焰熄灭；火焰温度在预设时间内大于1600K且小于1700K，认为火焰被抑制；火焰温度在预设时间内持续高于1700K，认为灭火失败。

本发明的进一步改进在于，所述超细水雾灭火系统喷出的超细水雾为粒径小于等于50μm的细水雾。

本发明的一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定系统，包括：

燃烧模型确定模块，用于根据所述超细水雾灭火系统安装现场发生火灾时的燃烧类型确定燃烧模型；

仿真计算模块，用于根据所述燃烧模型在FLUENT软件中进行建模和网格划分，通过仿真计算确定实现灭火所需要的水雾浓度，得出所要建立的超细水雾灭火系统的参数；

其中，超细水雾与火焰相互作用的空间简化为2D轴对称的计算区域。

本发明的进一步改进在于，所述仿真计算模块的真计算过程中，还包括：

热羽流运动的湍流模拟釆用标准k-湍流模型；超细水雾的运动、蒸发采用离散相模型来模拟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中，通过FLUENT模拟不同浓度的超细水雾灭火结果，能够较精确地确定超细水雾灭火系统的各项参数；能够避免设计超细水雾灭火系统时对灭火能力的预估出现误判，出现灭火能力不足或过量的问题。

本发明在模拟计算的过程中，燃烧模型选取有限速率模型；确定超细水雾的临界灭火浓度时，考虑到了的化学反应机理；热羽流的运动的湍流模拟釆用标准k-湍流模型，超细水雾的运动、蒸发采用离散相模型(Discrete Phase Model)来模拟；在釆用的FLUENT模拟中，超细水雾与火焰相互作用的空间，被简化为2D轴对称的计算区域；采用以上方法可以捕捉到火焰的熄灭过程，并且可以预测与实验较为接近的超细水雾的临界灭火浓度，可以根据实际的保护对象改变模型参数，得到准确的计算值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中，甲烷燃烧超细水雾与火焰相互作用2D轴对称模拟示意图；其中，图2中的(a)为模拟区域示意图，图(2)中的(b)为网格划分示意图；

图3是本发明实施例中，浓度为0.6g/L的超细水雾灭火过程中的火焰最高温度示意图；

图4是本发明实施例中，浓度为0.56g/L的超细水雾灭火过程中的火焰最高温度示意图；

图5是本发明实施例中，浓度为0.478g/L的超细水雾灭火过程中的火焰最高温度示意图；

图6是本发明实施例中，浓度为0.402g/L的超细水雾灭火过程中的火焰最高温度示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统参数确定办法，包括以下步骤：

步骤1，根据超细水雾灭火系统安装现场确定发生火灾时的燃烧类型，确定燃烧的化学动力学过程，化学模型选取有限速率模型，该模型的表达式为k＝ATb×exp(-E/RT)，其中，k为速率常数，R为摩尔气体常数，T为热力学温度，E为表观活化能，A为指前因子；

步骤2，在FLUENT建立模型并进行网格划分；以甲烷燃烧为例，建立模型和网格如图2所示；

步骤3，通过仿真计算确定实现灭火所需要的水雾浓度，从而得出所要建立的超细水雾灭火系统的参数。

本发明实施例中，燃烧模型选取有限速率模型。为研究超细水雾的临界灭火浓度，还需要考虑到详细的化学反应机理。热羽流的运动的湍流模拟釆用标准k-湍流模型，超细水雾的运动、蒸发采用离散相模型(Discrete Phase Model)来模拟。在釆用的FLUENT模拟中，超细水雾与火焰相互作用的空间，被简化为2D轴对称的计算区域。

请参阅图3至图6以及表1，表1给出了FLUENT模拟工况的灭火结果。本发明实施例的模拟釆用火焰温度作为判据：火焰温度持续低于1600K，认为火焰熄灭；介于1600K和1700K之间，认为火焰被抑制；高于1700K，认为灭火完全失败。

表1.FLUENT模拟灭火结果

本发明实施例的结果表明，浓度为0.6g/L的超细水雾可以熄灭火焰，而浓度为0.56g/L，0.478g/L和0.43g/L的超细水雾可以抑制火焰，浓度为0.402g/L的超细水雾则灭火完全失败。工况4还表明，一定程度的增大超细水雾的颗粒，可以增强超细水雾的灭火有效性。

本发明实施例公开的基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统参数确定办法及系统，创新性地通过FLUENT模拟不同浓度的超细水雾灭火结果，确定超细水雾灭火系统的各项参数；避免设计超细水雾灭火系统时对灭火能力的预估出现误判，出现灭火能力不足或过量的问题。超细水雾的划分主要以粒径大小来决定，只是目前对于超细水雾的定义尚且没有一个统一的标准，一般(本发明中)认为超细水雾是粒径小于等于50μm的细水雾。超细水雾除具备细水雾的优点外，还具有气体类似特性，类似气体灭火剂，在全淹没和局部淹没灭火以及抑爆方面具有很大应用前景。而且超声波雾化产生出的超细水雾具有绕过障碍物的能力，而且在其输运中的质量损失率很低。超细水雾灭火系统具有取代以下情况下灭火系统的潜力：一是现有灭火系统不能满足环保要求的；二是不能满足灭火有效性需要的传统灭火系统，细水雾系统可以取代之。

综上所述，本发明实施例公开了一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统参数确定办法及系统，所述方法通过FLUENT模拟不同浓度的超细水雾灭火结果，确定超细水雾灭火系统的各项参数。具体的，本发明实施例的方法在模拟计算时燃烧模型选取有限速率模型；为研究超细水雾的临界灭火浓度，考虑了详细的化学反应机理；热羽流的运动的湍流模拟釆用标准k-湍流模型；超细水雾的运动、蒸发采用离散相模型(Discrete Phase Model)来模拟；在釆用的FLUENT模拟中，把超细水雾与火焰相互作用的空间简化为2D轴对称的计算区域，解决了确定超细水雾灭火系统的各项参数的问题，避免设计超细水雾灭火系统时对灭火能力的预估出现误判，出现灭火能力不足或过量的问题，具有重要的工程实用价值。

本发明实施例的一种基于FLUENT计算的超细水雾灭火系统的参数确定系统，包括：

燃烧模型确定模块，用于根据所述超细水雾灭火系统安装现场发生火灾时的燃烧类型确定燃烧模型；

仿真计算模块，用于根据所述燃烧模型在FLUENT软件中进行建模和网格划分，通过仿真计算确定实现灭火所需要的水雾浓度，得出所要建立的超细水雾灭火系统的参数；

其中，超细水雾与火焰相互作用的空间简化为2D轴对称的计算区域；热羽流运动的湍流模拟釆用标准k-湍流模型；超细水雾的运动、蒸发采用离散相模型来模拟。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。