惰性气体灭火系统喷嘴流量特性的数值仿真
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摘要：在灭火系统构建中，利用相关计算流体力学中的信息数据FLUENT软件，对惰性气体灭火系统喷嘴的流量特性进行计算，FLUENT软件能够对喷嘴中惰性气体灭火系统的高速、高压湍射流流场的数值进行有效的计算仿真，得到惰性气体灭火系统中各种喷嘴时射流的压力、温度、速度等一系列的流场参数值，在这一基础上，计算出不同压力作用下喷嘴流量的参数值，有效的对不同喷嘴在可压缩的环境下所具备的喷嘴流量特性数值进行仿真。
关键词：喷嘴；惰性气体灭火系统；数值仿真；流量特性
喷嘴是惰性气体灭火系统中重要的组成部分，它在惰性气体灭火系统中发挥着重要的作用。它在灭火剂中，影响着灭火系统末尾的压力、流量的控制，灭火剂的灭火系统中，喷射时间的控制与保护范围内分置的平均性有着重要的作用。惰性气体灭火系统喷嘴的设计与分置，在惰性气体灭火系统进行设计的过程中，设计结果是否能够达到规定的标准与要求，起着关键性的作用。灭火剂中的喷嘴，影响着灭火剂在火灾现场中的使用，优质的喷嘴部件能够促进灭火剂在火灾中的作用，提高灭火剂的功能效果，加强灭火剂的实用性。所以，对惰性气体灭火系统喷嘴功能的深入分析与研究是非常重要的，有利于灭火剂在火灾现场中的功能得到最大化的发挥。
喷嘴的功能有很多，流量特性是其非常关键的功能之一，在灭火系统的相关法律法规中，明确的对灭火系统喷嘴中的流量特性进行了规范。喷嘴中的流量特性，就是对喷嘴中质量的流量与不同的喷射压力之间的关系进行概述，运用数据信息处理的方式把喷嘴在不同的压力作用中的质量流量编制为一条曲线，可以将这条曲线称为流量特性曲线。喷嘴中的流量系数是喷嘴参数值中的关键部分，是分析喷嘴流量特性的重要数据信息值，对于喷嘴流量特性的分析与研究有着重要的作用。
1 在惰性气体灭火系统中建立相关的计算模型
为了反映惰性气体灭火系统中喷嘴流量特性的实际情况，选择了以下四种不同类型的惰性气体灭火系统喷嘴，即不同孔径、不同性质、不同形态、不同孔口等。图1，是这四种不同类型的惰性气体灭火系统中喷嘴。利用相关计算流体力学中的信息数据FLUENT软件，对惰性气体灭火系统喷嘴中的喷射参数值进行仿真计算，喷嘴中的详细尺寸，如表1所示。
1.1对四种不同类型的惰性气体灭火系统喷嘴进行划分
采用对称面这一种方法，根据四种不同类型的惰性气体灭火系统喷嘴中的喷射流流场的结构，确定在对其进行计算时的计算范围，采取结构化与混合型网格对其喷射流流场的计算范围进行划分。图2，是四种不同类型的惰性气体灭火系统喷嘴中喷射流的计算范围与混合型网格划分。
1.2惰性气体灭火系统喷嘴边界部分的规划
用这种计算方式对惰性气体灭火系统喷嘴流量特性的数值进行仿真时，惰性气体灭火系统喷嘴边界部分的规划包括对出、入口与喷嘴外部面边界的规划。在入口中采取的强压作用下的入口边界部分的设置，在对入口的总压力数值和入口的总温度数值的实验中，检测的结果都近乎相同，入口位置的恒定湍流的强度为百分之五，当中的水力直径就是管道的直径。
惰性气体灭火系统喷嘴中高压湍射流流场的出口边界的规划，流场出口中的出口表压的数值为零，其中的总温度数为300K，湍流的强度为百分之五，水力的直径数值为一千毫米。惰性气体灭火系统喷嘴中所有的外部表层均采取的是无滑移的固定壁面，其中对热量传导的信息数量值为零，所以惰性气体灭火系统喷嘴中的外部表面和计算流体之间不存在温度差异。在计算范围内的划分中，已经体现出惰性气体灭火系统喷嘴中的壁面厚度，在无滑移的固定壁面内部中不再计算范围内，所以对于壁面厚度的规划数值应当为零。
2 对惰性气体灭火系统中喷嘴流量特性的计算结果进行分析
通过对惰性气体灭火系统中相关的计算模型进行检测实验的数据信息值分析，对计算模型中的边界条件进行了规划，计算模型的结构构造应当与相关规定中的数值模型为标准。在对惰性气体灭火系统中喷嘴流量特性的计算结果进行分析与研究时，为了保证计算结果的精准性，对于计算格式应当采取迎风差分格式，这种格式在计算过程中在一定程度上精准数值很高，其中的计算方法应该采用SIMPLT算法。
在惰性气体灭火系统中的喷射过程，是灭火剂喷嘴中的压力作用数值由高到低，直到惰性气体灭火系统中的灭火气体通过喷嘴进行喷射时，系统内部的灭火气体全部喷射出去，惰性气体灭火系统喷射的过程是一个非定常可以进行压缩的繁杂流行性问题。对于惰性气体灭火系统的分析与研究过程中，主要的侧重点是对可以进行压缩的流动性喷嘴的流量特性进行研究与分析，所以在对惰性气体灭火系统喷嘴中的流量特性进行计算时，应该将其中的相关问题进行简化，把相关问题转变为在不同的流动状态中的准定常可以对流动性进行压缩的问题。解决这一问题的过程中，应当按照相关规定中的标准，将每种惰性气体灭火系统喷嘴的入口压力数值调整为0至6MPa，在入口压力数值这一范围内，没隔一个0.25MPa数值取出其中的工作情况，对二十五个处于喷射状态下的惰性气体灭火系统喷嘴流场中的流动状况进行了有效的计算。对四种惰性气体灭火系统喷嘴的计算结果进行对比，随着入口压力数据值的变化，四种喷嘴中射流流场的温、密、速度等参数数值的变化相同。以四种喷嘴中的喷嘴1来看，反映出在不同的入口压力作用值下，惰性气体灭火系统喷嘴中射流流场的数据信息值的计算结果。
喷嘴1在入口压力作用下，其中的0.25MPa与2、4、6MPa数据信息值中流场对称面中喷嘴喷射速度中相同的数值线图，如图3所示。就图中所反馈出来的信息来看，流场中的流体在流出惰性气体灭火系统喷嘴的孔口时，喷射流速值处于最大的数值，随着作用力的不断向下延伸，喷射流速值逐渐的减弱。在处于2MPa至6MPa的高压作用力下，不同的惰性气体灭火系统喷嘴喷射流场在出口处，产生了大量的激波，导致这一现象的主要原因是在高压作用力中的高度流场流体在通过喷嘴进行喷射的过程中，在与空气相交融时急剧的膨胀，产生的膨胀波与出口中的低速流体相碰撞而造成了激波。随着灭火剂管道中的压力数值越来越小，形成的激波也越来越弱，在0.25MPa数值下的惰性气体灭火系统喷嘴射流流场中，不会再形成激波。通过对这一数值进行仿真，可以有效的得到其他的流场参数值。喷嘴1在入口处的流线中流场参数值的分置，如图4所示。
3 结语
惰性气体灭火系统中的喷射速度非常快、气体压力值非常高，温度、速度、压力等一系参数值的更变快是惰性气体灭火系统的特点，就目前的实验设备、检测技术而言，惰性气体灭火系统中的喷嘴流量特性很难被准确的测量出来，尤其是在喷嘴流量特性在可以进行压缩的状况下，对相关流量系数的准确测量。所以，运用计算数据的方法对喷嘴在高速、高压状况中的流量特性进行分析与研究非常的重要；用科学合理的实验方法对相关灭火设备设施的质量进行检测，对于灭火设备设施使用很重要。计算数据的方法对灭火系统中喷嘴的结构构造有着优化的作用，有效的提高了灭火系统中喷嘴的流量系数。