本發(fā)明屬于滅火系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種滅火系統(tǒng)自段管道的沿程壓力損失確定方法。

背景技術(shù)：

目前，大多研究集中在水、空氣、氮?dú)?、液壓系統(tǒng)、汽車消聲器、排氣催化器、三氟甲烷等方面的管網(wǎng)壓力損失計(jì)算，采用常規(guī)的滅火系統(tǒng)管網(wǎng)壓力損失的計(jì)算方法和計(jì)算公式進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算式，由于滅火劑在噴放過程中，存在氣化、高壓氮?dú)馊谌搿⒐芫W(wǎng)參數(shù)及溫變、速變等問題，所以其管網(wǎng)壓力損失計(jì)算是一個(gè)多因素耦合、動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜過程，導(dǎo)致理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際總是存在較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有滅火系統(tǒng)管網(wǎng)壓力損失計(jì)算方法的計(jì)算復(fù)雜、精度較低的不足，本發(fā)明提供了一種計(jì)算便捷、精度較高的滅火系統(tǒng)自段管道的沿程壓力損失確定方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種滅火系統(tǒng)自段管道的沿程壓力損失確定方法，包括以下步驟：

步驟①：選定滅火劑滅火管網(wǎng)系統(tǒng)；

步驟②：根據(jù)熱傳遞和伯努利方程推導(dǎo)滅火系統(tǒng)管道壓力損失計(jì)算公式；

步驟③：根據(jù)管網(wǎng)管道參數(shù)和設(shè)計(jì)流量計(jì)算對(duì)應(yīng)的最小雷諾數(shù)re；

步驟④：根據(jù)雷諾數(shù)re確定對(duì)應(yīng)管道的沿程壓力損失系數(shù)λ；

步驟⑤：修正沿程壓力損失計(jì)算公式；

步驟⑥：求解壓力損失修正系數(shù)α的值。

進(jìn)一步，所述步驟②中，滅火系統(tǒng)管道壓力損失計(jì)算公式如下：

式中，δp為壓力損失，λ為沿程壓力損失系數(shù)；ρ為滅火劑的密度；β為熱量傳遞系數(shù)，d為管道直徑；v為流體流速，l為管段長度，d為管直徑，g為重力加速度，c為滅火劑比熱容，t1、t2分別為管兩端溫度。

所述步驟③中，雷諾系數(shù)re的計(jì)算公式為：

式中，d為管道直徑；v為流體流速；ρ為七滅火劑的密度；μ為滅火劑的動(dòng)力粘度。

更進(jìn)一步，所述步驟④中，沿程壓力損失系數(shù)計(jì)算公式為：

式中，λ為沿程壓力損失系數(shù)；d為管道直；δ為管道的絕對(duì)粗糙度；

所述步驟⑤中，將公式(12)帶入公式(6)得沿程壓力損失計(jì)算公式為：

將公式(13)中的熱量傳遞部分與管道摩阻損失整合在一起，通過設(shè)置系數(shù)α，進(jìn)而得到如公式(14)所示的滅火劑滅火系統(tǒng)管網(wǎng)壓力損失計(jì)算公式的修正公式：

式中，α為管網(wǎng)壓力損失計(jì)算修正系數(shù)；

再進(jìn)一步，所述步驟⑥中，變換滅火劑速度進(jìn)行計(jì)算，得到壓力損失值△p，根據(jù)公式(14)計(jì)算的壓力損失修正系數(shù)α。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：確定滅火劑系統(tǒng)后，結(jié)合熱量傳遞和伯努利方程，根據(jù)管網(wǎng)管道參數(shù)和設(shè)計(jì)流量確定最小雷諾(re)，進(jìn)而確定沿程壓力損失系數(shù)λ，獲得修正沿程壓力損失計(jì)算公式和修正系數(shù)α，以達(dá)到理論計(jì)算和實(shí)際中的高精度和高效率。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：計(jì)算便捷、精度較高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明確定方法的流程圖；

圖2是建立模型管道中管流示意圖；

圖3是管道管徑選取原則圖；

圖4是管道流量、流速和雷諾系數(shù)關(guān)系數(shù)值結(jié)果圖；

圖5是建立管道實(shí)際模型圖；

圖6是不同流速條件下的壓力損失δp及修正系數(shù)α的數(shù)值圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1～圖6，一種滅火系統(tǒng)自段管道的沿程壓力損失確定方法，包括以下步驟：

步驟①：選定滅火劑滅火管網(wǎng)系統(tǒng)；

步驟②：根據(jù)熱傳遞和伯努利方程推導(dǎo)滅火系統(tǒng)管道壓力損失計(jì)算公式；

步驟③：根據(jù)管網(wǎng)管道參數(shù)和設(shè)計(jì)流量計(jì)算對(duì)應(yīng)的最小雷諾數(shù)(re)；

步驟④：根據(jù)雷諾數(shù)(re)確定對(duì)應(yīng)管道的沿程壓力損失系數(shù)計(jì)算值λ；

步驟⑤：修正沿程壓力損失計(jì)算公式；

步驟⑥：求解壓力損失修正系數(shù)α的值。

基于上述方法，本實(shí)施例以七氟丙烷滅火劑為例，一種基于修正系數(shù)的自段管道的沿程壓力損失確定方法；

參照圖2所示，步驟②中，建立模型管道中管流示意圖，由伯努利方程可得：

式中α1、α2分別為速度系數(shù)；hf為圓管沿程壓力損失；ρ為滅火劑的密度；β為熱量傳遞系數(shù)，z1、z1為管道直徑；v為流體流速，g為重力加速度，

從1-1截面到2-2截面，從外界吸收的熱量為：

q＝cm(t2-t1)(2)

式中c為七氟丙烷熱比容；q為七氟丙烷吸熱量；

因此，如果溫度變化對(duì)壓力的影響也考慮在內(nèi)，在保證單位統(tǒng)一的條件下將公式(1)(2)統(tǒng)一起來可得：

式中β表示熱量傳遞系數(shù)，由于是水平圓管，所以z1＝z2，α1＝α2，v1＝v2，所以公式(3)可簡化為：

因此，兩端面壓力差為：

δp＝p1-p2＝ρghf+βρgc(t2-t1)(5)將達(dá)西公式帶入公式(5)可得：

式中，λ為沿程壓力損失系數(shù)；ρ為七氟丙烷密度；β為熱量傳遞系數(shù)；

參照圖3，所述步驟③中，由管道管徑選取原則圖，其中雷諾系數(shù)(re)的計(jì)算公式為：

式中d為管道直徑(mm)；v為流體流速(m/s)；ρ為七氟丙烷液體密度為1407kg/m^3；μ為七氟丙烷液體的動(dòng)力粘度取值2.26x10^-4pa.s。

參照圖4，管道流量、流速和雷諾系數(shù)關(guān)系數(shù)值結(jié)果圖，其中七氟丙烷滅火系統(tǒng)所用鋼管絕對(duì)粗糙度的取值一般為δ＝0.15mm，可以預(yù)先估算出每種規(guī)格管徑在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下對(duì)應(yīng)的最小流量。當(dāng)管道對(duì)應(yīng)的流量為(0,6kg/s]，那么該管道對(duì)應(yīng)最小流量為：

或者管道對(duì)應(yīng)流量在區(qū)間為(6kg/s,160kg/s]，那么該管道對(duì)應(yīng)的最小流量為：

如管道管徑規(guī)格為根據(jù)公式(8)計(jì)算結(jié)果為滿足管道流量大小要求；而根據(jù)公式(9)計(jì)算結(jié)果為不滿足管道流量大小要求，所以當(dāng)管道管徑規(guī)格時(shí)，其最小設(shè)計(jì)流量為qmin＝0.5625kg/s。

根據(jù)管道管徑規(guī)格，管道單位時(shí)間對(duì)應(yīng)流量為：

則根據(jù)公式(10)可推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的最小流速為：

將qmin＝0.5625kg/s、七氟丙烷液態(tài)密度ρ＝1407kg/m³帶入公式(11)，可計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的流速νmin＝2.623m/s。帶入公式(7)，可進(jìn)一步計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的最小雷諾數(shù)為remin＝2.2127×10^5。

由上所述可知，把工程應(yīng)用中常用規(guī)格管道所對(duì)應(yīng)的最小流量、最小流速及對(duì)應(yīng)最小雷諾數(shù)計(jì)算出來，具體結(jié)果參照圖4；

參照圖4，所述步驟④中，七氟丙烷滅火系統(tǒng)中，對(duì)于每一種規(guī)格的管道，滅火劑在管道中流動(dòng)的最小雷諾數(shù)值都大于也就是說適合七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)滅火劑管流的沿程壓力損失系數(shù)計(jì)算公式為：

式中λ為沿程壓力損失系數(shù)；d為管道直徑(mm)；δ為管道的絕對(duì)粗糙度(mm)；

將公式(12)帶入公式(6)可得沿程壓力損失計(jì)算公式為：

式中l(wèi)為管段的計(jì)算長度(m)；d為管段的直徑(mm)；ρ七氟丙烷液體密度，為1407kg/m^3；δ為流管的絕對(duì)粗糙度，為0.15mm；

所述步驟⑤中，為了計(jì)算方便和計(jì)算準(zhǔn)確，將公式(13)中的熱量傳遞部分與管道摩阻損失整合在一起，通過設(shè)置系數(shù)α，進(jìn)而得到如公式(14)所示的七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)管網(wǎng)壓力損失計(jì)算公式的修正公式：

式中，α為管網(wǎng)壓力損失計(jì)算修正系數(shù)；

參照圖5是建立一根長2m、直徑40mm的直管三維模型，前1m為紊流充分形成區(qū)，后面1m為實(shí)驗(yàn)測量區(qū)，邊界條件為速度入口和自由出流管道實(shí)際模型圖，利用軟件fluent計(jì)算；在計(jì)算過程中，采用simplec算法求解壓力速度耦合方程，動(dòng)量、組分、湍動(dòng)能和湍流耗散率方程的離散格式均采用二階迎風(fēng)差分格式，管道壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)方法處理

所述步驟⑥中，由上變換七氟丙烷流體速度進(jìn)行計(jì)算，可得實(shí)例中壓力損失值△p和根據(jù)公式(14)計(jì)算的壓力損失修正系數(shù)α；具體參照圖6是不同流速條件下的壓力損失δp及修正系數(shù)α的數(shù)值圖中12次計(jì)算結(jié)果可計(jì)算出α的平均值大小為1.106，所以公式(14)可寫為：

最后，根據(jù)本發(fā)明提供的滅火系統(tǒng)管網(wǎng)管道沿程壓力損失確定方法，使得滅火系統(tǒng)管網(wǎng)沿程壓力損失計(jì)算更加高精度、高效率和方便。