毕业论文-超细水雾手提灭火器的研制.doc

北京航空航天大学第十七届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛论文第 IV 页超细水雾手提灭火器的研制 摘 要细水雾灭火技术以其环保性好、灭火迅速、耗水量低、破坏性小以及适用面宽等特点，已成为国际消防领域关注研究的热点之一将细水雾应用在移动灭火器上具有重大的社会和经济效益本文以水为灭火介质，利用气体挤压和液体雾化技术，研制超细水雾手提灭火器本文分析了气泡雾化的可行性和产生方法，进行了灭火器的总体设计，设计选择了气瓶和压力水罐等辅助系统，设计了气液双路扳机阀，设计了一种气泡雾化喷嘴，最后再试验的基础上做出了一套产品样机本文重点对气泡雾化技术进行了设计研究，首先，在总结前人理论研究的基础上从两相流理论出发确定了气泡雾化喷嘴的如下重要参数：喷嘴喉部尺寸、喷嘴气孔数、气孔直径、进水孔数目、进水孔直径在理论上论证了气泡雾化喷嘴雾化的可能性，并且设计了一系列的不同几何参数的喷嘴零件其次，对设计加工的试件，采用不同方案的试验验证理论设计的可靠性，通过实验确定了喷嘴喉部尺寸、喷嘴气孔数、气孔直径、气孔分布、水孔数目、水孔直径，使得喷嘴能够满足灭火器的总体要求关键词：细水雾，喷嘴，两相流，灭火器，阀门Design on Back-Pack Fire Extinguishing Unit of Water Mist AbstractThe advantages of water mist suppression technology, including environment benefit, fast extinguishment, low water consumption and wide practicability, have received considerable attention in international fire science research field. A studying and designing on pack-back fire extinguishing unit of water mist was conducted. Above all, as the paper calculated the system, we choose the gas bottle and water tank which can working in condition of high pressure. Then, we designed a two-path deadline valve. In order to develop a new technique path for new method of producing water mist, we designed an effervescent atomizer based on fluid mechanics of effervescent atomization. At the last we designed a product of fire extinguishing unit. Effervescent atomization is a new method of producing water mist with two-phase fluid. This design includes two parts:Firstly, based on the review of study done before and the theory of two-phase flow, some important parameters of the effervescent atomizer, including the throat diameter, the number of gas holes and the diameters and distributions, the number of water holes and diameters , were determined. The feasibility of the effervescent atomizer was proved theoretically, and a series of atomizer parts, with different geometrical parameters, were designed and made. Secondly, tests were carried out with those test units for different scheme. These tests were to verify the reliability of the theoretical design. With the results observed, the proper throat diameter, the number of gas holes and their diameters and their distributions, the number of water holes and diameters were properly determined so that the effervescent atomizer could be adapted to the extinguishing unit.Keywords: Water mist， Atomizer， Two-phase fluid， Extinguisher，Valve目 录1 绪论 11.1 项目研究背景和意义 11.2 本文研究的内容 12 水雾灭火理论 32.1 水雾灭火的优势 32.2 气泡雾化技术 33 灭火器总体设计 53.1 灭火原理 53.2 主要技术性能的确定 63.3 总体要求及结构设计 63.4 辅助部件的设计与选择 73.5 实际系统所提供的两相流气液比 104 双路扳机阀门的设计 114.1 设计方案 114.2 密封结构分析 114.3 其它部件的设计 134.3.1 弹簧的设计与选择 134.3.2 扳机的设计计算 145 气泡雾化喷嘴的设计 155.1 喷嘴设计条件 155.2 喉部尺寸及长度的确定 165.3 喷嘴流量特性混合室压力计算 175.4 气泡发生器的设计计算 185.4.1 气体流路计算 185.4.2 水路供水计算 195.5 加速段的设计 206 试验样机的产品化 226.1 试验结果简述 226.2 对试验样机的改进 226.2.1 外形的改进 226.2.2 阀门与扳机的改进 236.2.3 保护挡套的设计 236.3 改进后的产品样机 23结论 24致谢 25参考文献 26北京航空航天大学第十七届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛论文第 2 页1 绪论1.1 项目研究背景和意义随着现代社会的发展与科学技术的进步。

火灾防治在保障生命安全和减小财产损失方面起着越来越重要品的作用传统的灭火方法是用高压水龙头或泡沫卤化灭火剂灭火，前者灭火效率差，耗水量大，水渍损失大，成本高，而至今仍在使用的卤代烷系列灭火剂（哈龙1301，1211等）则严重破坏大气臭氧层作为卤代烷系列的主要替代品[1]，细水雾灭火方法受到全球各国的重视[2]，并成为当今国际火灾科学前沿的研究热点之一1.2 本文研究的内容在北航青年创新基金课题《超细气水雾手提灭火器的研制》支持下，本文开展了超细气水雾手提灭火器的研制工作细水雾灭火技术由于具有环保及节能的特点而具有广阔的市场前景和经济效益，因而对细水雾系统的研究和开发具有极其重要的现实意义本论文主要针对超细气水雾手提灭火器进行了开发和研制本课题主要研究工作内容如下：1、超细气水雾手提灭火器的开发鉴于现有双流体系统有耗气量大，气、液两套管路造成系统成本高，实际使用不便；单流体系统压力高，安全性差的缺点，本课题利用气泡雾化机理研究开发两相雾化系统搭设实验台，并通过实验检验各部分的设计合理性和可靠性，在实验过程中优化系统设计该系统的基本工作原理为：利用预先加压的高压气体挤压水，另外引一路气体在喷嘴混合室内和水混合形成气液两相流，最后由喷嘴出口喷出得到细水雾。

这样利用新型雾化技术，便可大大降低传统双流介质细水雾系统的耗气量，从而简化系统结构；降低单流介质系统的压力，提高安全性能2、新型大流量细水雾喷枪的研究喷枪分为两部分：细水雾喷头和扳机阀细水雾喷头是系统中最为关键的部分用于消防系统的主要有螺旋式喷头、撞击喷头、离心雾化喷头等，而国内生产的细水雾喷头喷雾粒径一般大于400um ( Dv0.9>400um )，由于喷雾粒径大、喷雾动量小而限制其应用本课题将借助液体燃料雾化喷嘴设计中的成功经验，根据气泡雾化理论利用压缩空气作辅助雾化介质研制开发双流介质细水雾喷枪双路扳机阀也是本课题研究的内容3、超细水雾手提灭火器的有效性实验研究我们所设计的超细水雾手提灭火器最终目的是用来进行防火减灾，因而作者对本文设计的实验系统进行了灭火试验以检验该系统的灭火有效性由于试验场所和条件限制，本文只对劈柴进行简单的灭火试验4、对试验样机的产品化改进我们所制作的“超细水雾灭火器”没有停留在试验阶段，在对试验样机进行了充分的试验后，我们选择了试验部件的最好搭配组合来定型我们的产品样机产品样机对试验样机的外形、扳机结构进行了改进另外，考虑到灭火实际中，对消防人员的保护，我们还在产品样机的喷嘴前端加了一个防护挡套。

北京航空航天大学第十七届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛论文第 28 页2 水雾灭火理论在移动灭火器中，水的雾化以及雾化程度是灭火的关键，气泡雾化技术为我们的实现提供了可能在此，现阐述一下超细水雾灭火相比传统灭火手段的优势：2.1 水雾灭火的优势传统灭火器中，我们日常生活中最常见的应该就是泡沫灭火器了，一般的公共场合配备的都是这种灭火器这种灭火器应用了二氧化碳的阻燃效果和泡沫的隔绝效果，灭火的性能不错但是，用二氧化碳灭火对人员有一定危险性，而且二氧化碳是温室效应的罪魁祸首；另外，灭火之后留下的泡沫对现场物品是一个很大的破坏，若是图书、文物、计算机等珍贵物品遭受的将是不可修复的损坏若是换用细水雾灭火器，则灭了火的同时，现场物品只是被水淋湿，造成的附加破坏比泡沫灭火器小得多，事后的清洗也相对容易还有一种常见的灭火系统就是消防栓，依靠大量水流的冲刷、降温作用来灭火这种灭火方式中的水，绝大部分都在灭火过程中流失了，并没有发挥出水本身的气化吸热与膨胀隔氧作用而细水雾灭火则能很好地发挥出细水雾的这两种作用，缩短了灭火时间，也提高了水的利用率研究表明[3]，当水雾的SMD（Sauter Mean Diameter，平均直径）为120～230μm时，（此时以达到超细水雾标准）20秒内熄灭4B油盘火耗水6L。

同样利用细水雾灭火原理的灭火系统，在国内也有但是他们的个头都很大，如“水炮”，依靠高压发射将水团打到火场进行水雾灭火这种设备不光携带困难、移动不便，而且因其发射的威力巨大，万一打到火场中的人员，必定造成人员伤亡而我们研制的手提灭火器将更加安全，特别是经过产品样机的改进之后2.2 气泡雾化技术这里介绍的气泡雾化喷嘴与传统的气动雾化喷嘴有本质区别气泡雾化首先将气液（通常具有较低气液比）混合成气液两相流形成一种均匀的泡状流。