干粉消防车气固两相流场的数值模拟分析

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1、硕士学位论文干粉消防车气固两相流场的数值模拟分析NUMERICALSIMULATIONOFTHEGASSOLIDTWO-PHASEFLOWOFPOWDERFIREENGINE赵志华哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：U461.91学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工程硕士学位论文干粉消防车气固两相流场的数值模拟分析硕士研究生：赵志华导师：刘涛教授申请学位：工程硕士学科：车辆工程所在单位：汽车工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U461.91UniversityCode:10213U.D.C:62

2、9Security:OpenDissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFTHEGASSOLIDTWO-PHASEFLOWOFPOWDERFIREENGINECandidate:ZhaoZhihuaSupervisor:Prof.LiuTaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:VehicleEngineeringAffiliation:SchoolofAutomobileEngineeringDateofOralExam

3、ination:June,2015DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要火灾是最经常、最普遍地威胁公共安全和社会发展的主要灾害之一。随着经济的发展，科技的进步和城市化进程的加快，工业生产和人们生活导致的火灾呈现多发态势。资源的深度开发，交通的密集化，新工艺新材料新设备的发明，机械化电气化自动化水平的提高，人口集中、建筑集中、财富集中、生产集中，都导致了火灾发生率的增加以及危害性和次生灾害的的增加，并且火灾中燃烧物为液体、气体以及金属的B、C、D类火灾越来越占据主要的地位。

4、而我国现阶段的消防车以传统泵浦消防车为主，泵浦消防车对B、C、D类火灾无能为力，所以干粉消防车将在未来的消防中占据越来越重要的地位。本文基于校企合作项目，基于计算流体动力学对罐装3吨的干粉消防车的各项重要参数进行了研究。本文首先介绍了计算流体动力学的基本理论，对比不同湍流模型的计算精度和对计算机内存的要求，分析了两种不同两相流描述方法——欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法对不同两相流问题的适应性，介绍了颗粒相在流体中所受的不同类型的力。综合考虑计算模型的适应性，计算精度以及方案的可行性，最终选择Realizablek-ε湍流模型，欧拉-欧拉法中的欧拉两相流计算模型。颗粒相的受力类

5、型选择拽力、碰撞力和摩擦力忽略其它次要类型的受力。分析了干粉罐、氮气瓶和喷射流域的结构特点，并对计算模型进行了简化。利用ANSYSmesh绘制干粉罐的三维网格结构并设置条件。本文利用ICEMCFD绘制了干粉罐、氮气瓶和喷射流域的二维网格，在流动参数梯度较大的几何结构处，进行局部网格细化，从而有效地提高了计算精度并减少计算量。利用AMESim中的气动元件库（PneumaticComponentDesign，PCD）建立了气动减压阀的模型，通过对气动减压的仿真计算获得了减压阀的压力特性和流量特性。利用计算流体动力学软件FLUENT分别对氮气瓶的放气过程、干粉罐的充气过程、干粉罐的

6、喷射过程和喷射流域内干粉的喷射过程进行数值模拟计算，并利用MATLAB对计算结果进行数值处理，获得了干粉消防车的各项重要参数：充气时间、有效喷射时间、有效射程、剩粉率和有效喷射率。进行干粉喷射实验，并对比实验及仿真数据，验证数值模拟计算的正确性。通过对比实验数据和仿真数据，找出不满足GB7956-1998《消防车消防性能要求和实验方法》中要求的干粉消防车参数，分析了原因并提出了优化设计建议。关键词：干粉消防车；计算流体动力学；数值模拟计算；FLUENT-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractFireisoneofthemaindisasterswhichthre

7、atensthepublicsafetyandendangerspeople'slifeandproperty.Withthedevelopmentofeconomy,theprogressofscienceandtechnologyandthelargescaleurbanization,theactivitiesofindustrialproductionanddailylifehavebeenthemaincausesoffire.Therearelotsofreasonsthatleadtoth