直射旋流雾化细水雾喷头设计与仿真

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1、2008年10月第36卷第lO期机床与液压MACHINETOOL＆HYDRAULICS0ct．2008V01．36No．10直射一旋流雾化细水雾喷头设计与仿真何光华1，周智力2，弓永军1，王祖温1(1．大连海事大学交通与物流工程学院，辽宁大连116026；2．中国船级社天津分社，天津300457)摘要：喷头是细水雾灭火系统中的核心部件之一，性能良好的喷头能够最大限度地发挥系统的整体功效。研制了一种新型高压细水雾喷头，从喷嘴内部流场和外部雾化特性方面进行CFD仿真和实验对比研究，研究了喷头内部流道、结构参数与型

2、式对喷头雾化效果的影响，对喷头进行了参数优化。仿真和实验表明：新型直射一旋流高压细水雾喷头能够获得较大的轴向动量和径向动量，具有较大的雾滴动量和雾化角，有利于提高细水雾灭火的深度和广度。关键词：高压细水雾；喷头；参数优化；雾化机制；CFD仿真中图分类号：0351文献标识码：A文章编号：1001—3881(2008)10—080—5DesignandSimulationofPerpendicularIncidenceRotationalFlowAtomizationWaterMistNozzleHEGuangh

3、ual，ZHOUZhili2，GONGYongjunl，WANGZuwenl(1．TransportationandLogisticsEngineeringCoUege，DalianMaritimeUniversity，DalianLiaoning116026，China；2．ChinaClassificationSocietyTianjinBranch。Tianjin300457，China)Abstract：Nozzleisoneofkeypartsofthewatermistfiresuppressio

4、nsystem，highperformancenozzlecallmakefulluseofinte—gralefficiencyofsystem．Anewhi【ghpressurewatermistnozzlewasdeveloped，CFDsimulationanexperimentweredonefortheinnerflowfieldandouteratomizationcharacteristicofnozzle．Theinfluenceofinnerflowwayandstructureparam

5、eterofnozzleonnozzleat-omizafioneffectwasstudiedandtheparametersofnozzlewereoptimized．Theresultsofsimulationandexperimentshowthatthenewperpendicularincidence---rotationalflowatomizationwatermistnozzlecanobtainbigaxialandradialmomentum，hasbigdropletmo-mentum

6、andatomizationangle，itispropitioustoextendstheapplicationrangeofwatermistfiresuppression．Keywords：Highpressure；Nozzle；Parameteroptimization；Atomizationmechanism；CFDsimulation0前言近年来，细水雾灭火技术以其环保、高效、无毒等特点逐渐代替哈龙灭火剂成为主流的灭火技术，是消防科学研究的热点之一。目前细水雾灭火技术的研究已经取得了重大进展，然而

7、细水雾喷头却是遏制其进一步发展的瓶颈，传统的直接雾化喷头的雾化效果不理想，雾化角小和保护半径小，限制了细水雾灭火系统的应用范围。为此，笔者研制了一种全新的高压细水雾喷头，对喷头内部流场和外部雾化特性进行了CFD仿真，并通过实验测量了其雾化效果和灭火能力。1高压水雾化机制细水雾的生成可以分解为两个过程⋯：首先，迫使水流通过特定设计的流道(即细水雾喷头)并形成很细的水射流或很薄的水膜；然后，射流或薄膜与大气因强烈的相互作用而破碎成细小的水滴，即细水雾。细水雾主要的品质指标是雾滴直径分布，即水雾的平均尺度和尺度分布

8、，它主要取决于细水雾喷头内流道的设计，也与喷头的工作压力密切相关。细水雾的品质主要取决于细水雾喷头形成的射流或薄膜的状态，射流或薄膜的边界层越薄，紊流度越大，水雾也就越细。细水雾的生成过程可用以下两种不稳定性理论来描述。(1)Rayleigh—Taylor不稳定性射流(或液膜)上出现一个小扰动，当扰动的振幅增长到未受扰动的射流直径的一半时，射流(或薄膜)将失去稳定而破碎为雾粒。这种情况主要取决于射流