地铁站、隧道、防空洞等建筑物的消防安全一直是一个令人头疼的问题。目前以上场所普遍采用间隔布置箱式液态灭火器的办法进行防火。箱式液态灭火器主要由泡沫灭火剂、水、箱体、比例混合器、自动开启装置等组成,其中比例混合器是一个关键部件,它决定着整套设备的运转和灭火功能的实现,但普遍性能差强人意,仍存在着许多不足,譬如:负压不够、药物混合不匀、喷射出的灭火剂无雾状、射程不足等,难以满足使用要求。虽然管线式负压比例混合器功能较为完善,但与国外同类产品还存在较大的差距,也缺乏统一的设计标准与要求。因此,针对这一系列问题,本文通过理论分析、数值分析和实验相结合的方法,提出了一套简单实用的设计方法,解决了现有产品存在的性能缺陷、设计标准不统一、计算过程过于繁琐等问题,取得研究结论和成果如下:(1)在大量文献调研的基础上,提出了管线式负压比例混合器设计的设计要求,包括入口管径、出口管径、喉部管径三者之间的相互关系,以及入口锥角、出口锥角、入口压力、出口压力、出口速度的参数组合关系等。为了解决产品喉部负压不足、射程不足、混合不均等问题,对初始结构进行了改进,入口段由直管改为圆锥管,喷嘴由阶梯状改为连续状,采用对称结构型式。根据理论计算确立了喉部负压与入口压力和局部水头损失系数之间的关系。为获得更低的喉部负压和更高的出口流速,对改进结构的出口锥角、入口锥角和入口压力进行了优选组合,解决了药物混合不均的问题。(2)运用流体动力学软件,通过对市场上普遍应用的某特定产品的初始结构和改进结构进行不同进口压力影响下的敏感性分析,得出了其工作状态下流场的一些特征参数,包括压力分布、速度分布、压力变化曲线、速度变化曲线、流线分布和出口流速等,仿真结果表明改进结构的负压较初始结构更低,射程较初始结构更远,能量转换效率较初始结构更高。(3)对初始结构和改进结构进行流固耦合分析,两种结构强度和刚度均能满足设计要求,但改进结构适应性更强。(4)引入水力空化模型,解决了长期困扰喉管处压力值小于极限值的问题,这也间接证实了有限元计算模型的有效性和精确性。(5)试验结果表明,入口段由直管改为圆锥管、出口段由阶梯状改为连续状的改进结构,达到极限负压的速率更快、负压的临界压力更小,沿程压力损失更小,改进结构优于初始结构。也证实了仿真计算结果与试验结果的一致性。