压缩空气泡沫系统水力计算及优化设计

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压缩空气A类泡沫具有较好的灭火性能和隔热防护性能,近年来广泛应用于石化领域火灾的扑救。本文针对压缩空气A类泡沫在管路中输送进行了水力计算研究,并对泡沫混合器和组合弯管进行了优化,为压缩空气A类泡沫在石化领域的工程应用提供技术支撑。对泡沫混合器的结构进行优化设计。结果表明:泡沫混合器内部安装20个丝网式混合单元基本能够达到工程所需泡沫的发泡倍数;针对本文所研究的三种混合元件间距,发现间距为30 mm时混合器的混合效果最好;在满足泡沫发泡倍数及流量的前提下,气液两相速度差越小,两相越容易混合均匀。对压缩空气A类泡沫在内径为15 mm、25 mm和80 mm的管路中流动进行了水力计算研究。结果表明:层流状态下,泡沫在水平弯管和竖直上升管路中流动阻力损失模拟值与实验值的相对误差均低于10%,得到了两种管路阻力系数与雷诺数的关系;并获得了泡沫在竖直上升管中流动沿管线压力以及密度的变化规律;沿程阻力在泡沫流经弯管的阻力损失中占主导地位。湍流状态下,采用Spalart-Allmaras模型对泡沫在水平直管和弯管中长距离输送进行数值模拟,阻力损失模拟值与实验值相对误差在10%以内,并得到了水平直管和弯管中阻力系数与雷诺数的关系;采用Rabinowitsch-Mooney方程能够较准确地计算水平直管中高剪切速率下泡沫的粘度;运用均相流模型对弯管弯头处阻力损失进行理论计算,计算结果与阻力损失模拟值相对误差在15%以内;对弯头处泡沫速度场和压力场进行分析,发现泡沫速度场在弯头下游8倍直径处恢复到经过弯头前的状态,并对弯头处的二次流现象进行了分析。对组合弯管进行了数值模拟研究。结果表明:泡沫入口速度越大,弯头对下游流场影响区域越大;在确定的入口速度下,两弯头之间的长度存在最优解;提出了组合弯管阻力系数计算方法。
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