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水液滴在热流场中运动特性的数值研究

摘要

近年来，细水雾灭火系统广泛应用于各类典型场所的防患工作中。其本身凭借资源

节约、无毒无害且高效的优势，逐渐成为哈龙灭火剂的主流替代品之一。在热流场中，

水雾液滴颗粒相关参数变化规律所开展的深入研究，可为提升系统灭火效率；提高系统

工作过程安全性；降低灭火工作过程产生副作用以及所消耗成本有着积极的意义。因此，

针对水雾液滴颗粒在运动时伴随的各项关键参数变化进行针对性研究，同时结合对应灭

火机理进行分析，其结果对于优化和提升细水雾灭火系统的工作效能有着重要的工程意

义。

本文采用数值模拟的方法，首先对燃烧形成的热流场进行了仿真计算，得到稳定燃

烧的热流场，为后续开展细水雾液滴颗粒在热流场内的运动提供了初始条件；然后对不

同情况下的单颗粒水雾液滴在燃烧热流场中的运动过程进行了数值模拟研究，单颗粒水

雾液滴参数的改变包括4种：液滴进入热流场的高度、液滴的初始速度、液滴粒径和液

滴进入的轴向距离。本文研究所得到的结论如下：

（1）单颗粒水雾液滴由火源中心垂直释放和侧面释放进入燃烧热流场的研究表明：

液滴垂直释放进入燃烧热流场时，液滴颗粒雷诺数随释放高度下降而降低，液滴颗粒动

量变化速率与蒸发速率随释放高度下降而提升；液滴由火源侧面释放进入燃烧热流场时，

液滴颗粒雷诺数、液滴颗粒动量变化速率和蒸发速率随释放高度降低而提升，但后两者

在量级上普遍低于垂直上方释放液滴颗粒产生的计算结果。

（2）采用正交试验的方法，对4种影响因素之间的对应关系进行了分析，结果表

明：对液滴颗粒动量变化速率影响程度由大到小的排序依次为液滴初始速度、释放高度、

轴向距离和液滴粒径；对液滴颗粒蒸发速率影响程度由大到小的排序依次为释放高度、

液滴粒径、初始速度和轴向距离。

（3）对液滴不同释放高度的分析表明：液滴颗粒雷诺数、液滴颗粒动量变化速率与

释放高度呈指数函数关系；采用无量纲化手段，得到4种不同释放高度下液滴雷诺数与

动量变化速率的对应函数关系式。

（4）对液滴初始速度的分析表明：初始速度较高液滴颗粒，在低释放高度情况下产

生的蒸发速率无法达到最大值；但初始速度较低液滴颗粒所产生的蒸发速率则受影响程

度较小。

本文对不同情况下细水雾液滴颗粒在燃烧热流场中的运动过程进行了数值仿真，分

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

析了液滴参数的变化情况，本文研究结果可为改进提升细水雾灭火效能提供参考性意见。

关键词：细水雾液滴；热流场；液滴动量；液滴蒸发；数值模拟

水液滴在热流场中运动特性的数值研究

Abstract

Inrecentyears,thefinewatermistfireextinguishingsystemiswidelyusedinallkindsof

typicalplacesofpreventionwork.Itsownresource-saving,non-toxicandnon-hazardousand

efficientadvantages,graduallybecomeoneofthemainstreamalternativestohalonfire

extinguishingagent.Intheheatflowfield,thewatermistdropletparticle-relatedparametersof

thelawofchangecarriedoutin-depthresearch,canbetoenhancethesystemfireefficiency;

improvethesafetyofthesystemworkprocess;reducethesideeffectsofthefirefighting

processandthecostofcon