乙醇沸腾状态对抗醇泡沫灭火剂铺展特性的影响研究

乙醇沸点低、易挥发的特点使其在燃烧时易沸腾、状态易突变,会对抗醇泡沫灭火剂的灭火性能造成极大的影响。本文设计并构建温控操作平台和燃烧试验平台,对抗醇泡沫灭火剂的铺展特性进行试验,从灭火机理出发探究温度上升导致的沸腾状态变化对抗醇泡沫灭火剂铺展窒息效果的影响,进而探究乙醇沸腾状态对抗醇泡沫灭火剂灭火性能的影响规律,为消防救援队伍处置乙醇火灾提供相关数据和理论支持。

基于无人机投放灭火弹的雾场铺展特性及灭火效能研究

为验证无人机载灭火弹灭火的可行性及灭火效能,设计并优化机载灭火弹的结构,制定无人机投弹灭火流程;开展无人机投弹灭火的实地试验、全尺寸试验;采用高清摄像机记录机载灭火弹投放、爆炸、雾场铺展及作用灭火全过程,统计分析铺展面积、真实爆破高度等参数,研究不同投弹技术参数对灭火弹灭火效能的影响。研究结果表明:无人机载灭火弹的投弹高度误差小于3.5 m,爆破误差小于2 m;灭火弹爆破雾场弥散强度分布延爆破中心向外减弱;灭火弹雾场铺展面积与投弹高度正相关,与爆破高度负相关;预设投弹参数为投放高度35 m,爆炸高度为8~10 m时,灭火效能最佳。

喷墨印刷液滴的铺展特性研究

目的研究喷墨印刷液滴相关参数对其铺展特性的影响,为喷墨印刷质量的研究奠定基础。方法采用Fluent软件,基于VOF(Volume of Fluid)法,建立液滴撞击光滑承印物表面并铺展的仿真模型,采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法对速度和压力进行耦合,分析液滴相关参数对其撞击铺展的影响规律。结果当液滴飞行速度为6 m/s、接触角度为40°、液滴流体黏度为0.005 Pa·s、液滴直径为0.08 mm时,液滴撞击光滑承印物表面的铺展系数最大,铺展程度最好,铺展特性最优。结论铺展系数随液滴直径、流体黏度和接触角的增大而降低,随飞行速度的增大而增大。

喷射油滴沉积油膜的流动铺展特性研究

航空齿轮和航空发动机主轴轴承都采用喷油润滑的方式进行润滑,喷射油滴与机械零件表面碰撞后形成的沉积油膜的流动特性影响着机械零件的润滑状态和功能。由于有关喷射油滴与固体表面碰撞形成沉积油膜及其流动铺展特性研究较为鲜见,已有的相关研究集中于液滴/固体壁面正碰撞条件下的非油类液膜流动分析,故而对机械零件相关润滑分析计算支持极为有限。采用VOF方法建立了喷射油滴/固体壁面斜碰撞及其沉积油膜流动铺展数值分析模型,通过试验研究对数值分析模型进行了修正,进而基于此数值分析模型分析了航空传动零件润滑等效条件下喷射油滴/固体壁面斜碰撞沉积油膜流动铺展特性,通过与国外相关试验结果的对比验证了所提出的数值分析模型的正确性和实用性。所开展的喷射油滴沉积油膜的流动铺展特性研究,为航空机械零部件润滑计算提供了技术方法和基础数据,对于实现航空机械零部件精确润滑设计有明显的工程意义。

荷电液滴撞击织物表面铺展特性的试验

基于显微高速摄像技术对荷电液滴撞击多孔织物后的铺展行为进行了可视化研究,并结合图像后处理技术获得了液滴撞击多孔织物表面后液滴表面张力、荷电电压以及初始速度等参数对液滴在织物表面的铺展因子随时间变化的影响规律.结果表明:液滴撞击织物表面后的最大铺展因子和铺展速率都随着液滴撞击初始速度或者表面活性剂质量分数的增大而增大;随着荷电电压的增大,液滴最大铺展因子总体呈增大趋势;撞击初始速度增大后,液滴在织物表面的最大铺展因子会在液滴荷电电压为4 kV时达到最大值,并且当速度增大到一定值时,荷电液滴会产生破碎.

振动对液滴撞击壁面铺展特性的影响

在航空航天领域的喷雾冷却过程中,被冷却器件时常处于振动状态,因此确定振动对喷雾冷却液滴撞击壁面动态行为的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型建立了液滴撞击垂直简谐振动壁面的数值模型,研究了壁面振幅、频率和初始相位角对铺展特性的影响。结果表明,相同撞击条件下,壁面振动不仅影响着最大铺展因子和铺展时间的大小,还会使液膜发生断裂抑制和飞溅行为;初始相位角为0°时,铺展时间随振幅和频率的增加而减小;最大铺展因子随振幅的增加一直增加,振幅较小时,最大铺展因子随频率的增加先增加后减小,在共振频率处取得最大值且减小程度随振幅的增大逐渐降低,振幅较大时,最大铺展因子随频率的增加变为一直增加;铺展时间和最大铺展因子随初始相位角的变化趋势主要与频率有关,频率较小时,初始相位角对铺展时间和最大铺展因子无明显影响,随着频率的增加,铺展时间先后在180°和90°相位最大,最大铺展因子先后在0°和180°相位最大。

水成膜泡沫剂对液滴冷却高温金属表面的影响

向细水雾中添加水成膜泡沫灭火剂成分能明显提升针对B类火灾的灭火效果,但添加剂能否提升水雾对火灾区域内固体表面的冷却效果尚不清楚。分别从金属表面温度、We数和是否添加泡沫灭火剂3个方面设置了试验条件,开展了单液滴撞击高温金属表面模拟试验并对冷却效果进行了定量计算。结果表明,液滴的最大铺展因子与撞击动量正相关,含添加剂液滴表面张力降低且流变特性呈现剪切变稀特征。当Leidenfrost现象发生时,碰撞试验表明泡沫溶液液滴相较于纯水液滴的最大铺展系数更小且回弹速率更大,因此泡沫灭火剂的添加不利于提升吸热效率。研究结果可为泡沫细水雾技术的灭火实践提供理论指导。

轴承腔油滴/固体壁面斜碰撞的试验及理论研究

针对先前研究工作的不足,采用VOF(volume of fluid)方法建立了用于油滴/固体壁面斜碰撞分析的三维对称数值模型,并设计制作了相应的试验装置。通过试验研究和数值分析相结合的方式,分析了油滴/固体壁面斜碰撞后沉积油膜在倾斜壁面上沿不同方向的铺展特性,根据大量的数值计算结果建立了沉积油膜最大特征直径与油滴入射工况条件之间的无量纲化函数关系;最后根据能量守恒的原理推导出一个判断油滴/壁面斜碰撞状态的方法,并借助试验结果对文中的判断方法进行了验证,证实了该判断方法的可靠性。文中开展的研究工作为轴承腔中油气两相流动分析提供了基础理论依据,具有较高的学术意义和工程应用价值。

液滴撞击固体表面过程的实验研究

对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究,考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响,结果表明:随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小,液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小,液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段,随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大,黏性耗散的速率均增加。本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积。