CN111274684B - 一种novec1230灭火剂管路压力水力计算方法及系统 - Google Patents
一种novec1230灭火剂管路压力水力计算方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法及系统,包括:通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;以预设值的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点;以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;根据压力起始节点,依据沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,选取喷头。本发明首次提供了一种气体灭火剂NOVEC1230的管路压力水力计算方法,可用于开展NOVEC1230气体灭火系统设计。
Description
技术领域
本发明涉及消防气体灭火技术领域,具体地,涉及一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法。
背景技术
气体灭火技术因其灭火剂喷放速度快、灭火效能高,成为具有重要军事或经济价值场所的首选消防灭火技术。由于气体灭火技术需要快速建立灭火剂的灭火浓度来达到灭火,同时降低长时间与火焰接触所释放的热分解产物的浓度,气体灭火技术的标准明确规定其系统喷射时间要低于10s,并且,喷头末端压力要满足标准中相应的规定。由于采用氮气驱动,灭火剂在管路中的传输过程是一个复杂的气液两相流过程,不能采用单相流的相关公式开展计算,需要开展大量的试验测试研究,采集相关数据。NOVEC1230作为一种新型气体灭火剂,其灭火剂在管路中的流动状态分析以及水力计算过程中所需的大量数据,都需要通过试验研究测量分析。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法及系统。
本发明提供的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法,包括:
步骤M1:通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;
步骤M2:以预设值的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,将瞬态的喷放过程转化为中点时刻压力和流量的稳态过程,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点;
步骤M3:以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;
步骤M4:根据起始节点压力及沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;
步骤M5:依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,选取喷头。
优选地,所述步骤M1包括:通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;所述灭火剂释放过程包括:净瓶过程、喷射过程和净管过程;
所述净瓶过程中流动状态包括从开始释放灭火剂状态到灭火剂到达喷嘴状态;
所述喷射过程中流动状态包括从灭火剂到达喷嘴状态到灭火剂全部离开灭火容器状态;
所述净管过程中流动状态包括从灭火剂全部离开灭火容器状态和灭火剂全部离开喷嘴状态。
优选地,所述步骤M2包括:根据中点时刻压力与管网内灭火剂百分比关系,中点时刻压力计算公式如下:
其中,Pc表示中点时刻压力;K1,K2,K3表示系数,Ce表示系统的管容比。
优选地,所述步骤M3中沿程压力损失计算方法如下:
上式中,q为管路流量,D为管路内径,Y、Z分别为相邻两节点的压力系数和密度系数,ρ表示气液两相流密度;P表示压力;α表示动能修正系数;v表示y方向速度;g表示重力加速度;λ表示管路流动位于阻力平方区的沿程阻力系数;u表示x方向速度;l表示管路长度;D表示管径;q表示管路流量;p1表示节点1的压力;p2表示节点2的压力;l1表示节点1的长度,l2表示节点2的长度;d表示微分符号。
优选地,所述步骤M4包括:
步骤M4.1:根据起始节点压力,得出起始节点密度;
步骤M4.2:预设下一个节点压力,得到下一个节点密度,根据起始节点压力、起始节点密度,利用沿程压力损失计算方法,计算得到下一个节点实际压力值;
当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内,则计算得到的下一个节点实际压力值即为下一个节点压力;当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差不在预设范围内,则根据下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的中值重置预设下一个节点压力,迭代计算沿程压力损失计算方法,直至下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内;将下一个节点作为起始节点压力,重复步骤M4.1至步骤M4.2,直至计算得到喷头末端压力。
根据本发明提供的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算系统,包括:
通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;
模块M2:以预设值的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,将瞬态的喷放过程转化为中点时刻压力和流量的稳态过程,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点;
模块M3:以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;
模块M4:根据起始节点压力及沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;
模块M5:依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,选取喷头。
优选地,所述灭火剂释放过程包括:净瓶过程、喷射过程和净管过程;
所述净瓶过程中流动状态包括从开始释放灭火剂状态到灭火剂到达喷嘴状态;
所述喷射过程中流动状态包括从灭火剂到达喷嘴状态到灭火剂全部离开灭火容器状态;
所述净管过程中流动状态包括从灭火剂全部离开灭火容器状态和灭火剂全部离开喷嘴状态。
优选地,所述模块M2包括:根据中点时刻压力与管网内灭火剂百分比关系,中点时刻压力计算公式如下:
其中,Pc表示中点时刻压力;K1,K2,K3表示系数,Ce表示系统的管容比。
优选地,所述模块M3中沿程压力损失计算方法如下:
上式中,q为管路流量,D为管路内径,Y、Z分别为相邻两节点的压力系数和密度系数,ρ表示气液两相流密度;P表示压力;α表示动能修正系数;v表示y方向速度;g表示重力加速度;λ表示管路流动位于阻力平方区的沿程阻力系数;u表示x方向速度;l表示管路长度;D表示管径;q表示管路流量;p1表示节点1的压力;p2表示节点2的压力;l1表示节点1的长度,l2表示节点2的长度;d表示微分符号。
优选地,所述模块M4包括:
模块M4.1:根据起始节点压力,得出起始节点密度;
模块M4.2:预设下一个节点压力,得到下一个节点密度,根据起始节点压力、起始节点密度,利用沿程压力损失计算方法,计算得到下一个节点实际压力值;
当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内,则计算得到的下一个节点实际压力值即为下一个节点压力;当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差不在预设范围内,则根据下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的中值重置预设下一个节点压力,迭代计算沿程压力损失计算方法,直至下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内;将下一个节点作为起始节点压力,重复模块M4.1至模块M4.2,直至计算得到喷头末端压力。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:本发明通过大量的实验研究,对新型气体灭火剂NOVEC1230的管路内流动状态进行分析,并试验测试了相关参数,首次提供了一种气体灭火剂NOVEC1230的管路压力水力计算方法,可用于开展NOVEC1230气体灭火系统设计。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为NOVEC1230灭火剂释放过程状态图;
图2为中期容器压力与管网内灭火剂百分比的关系图;
图3为NOVEC1230灭火剂密度随压力的变化关系图;
图4为NOVEC1230喷头流量特性曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提出了采用中点时刻压力作为NOVEC1230气体灭火系统管路的起始压力,以可压缩气体等熵流动计入摩擦损失为假设条件,建立气液两相流的压力损失计算,计算管路各节点以及喷头末端压力的水力计算方法。
本发明提供的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法,包括:
步骤M1:通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;
具体地,所述步骤M1包括:如图1所示,通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;所述灭火剂释放过程包括:净瓶过程、喷射过程和净管过程;
所述净瓶过程中流动状态包括从开始释放灭火剂状态到灭火剂到达喷嘴状态;
所述喷射过程中流动状态包括从灭火剂到达喷嘴状态到灭火剂全部离开灭火容器状态;
所述净管过程中流动状态包括从灭火剂全部离开灭火容器状态和灭火剂全部离开喷嘴状态。
流动状态分析是后续所有试验测量过程中依据压力分析流动状态的基础。
步骤M2:以50%的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,将瞬态的喷放过程转化为中点时刻压力和流量的稳态过程,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点,来计算后续节点的压力;
具体地,根据附图2中点时刻容器压力即中期容器压力与管网内灭火剂百分比的关系图,所述步骤M2中中点时刻压力计算公式如下:
其中,Pc表示中点时刻压力;K1,K2,K3表示系数,按表1取值,中间值用线性插值法求取;Ce表示系统的管容比。
表1K1,K2,K3数值表
步骤M3:以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;
以可压缩气体等熵流动计入摩擦损失为假设条件,建立气液两相流的运动方程式;具体地,所述步骤M3中沿程压力损失计算方法如下:
在节点1和2间的管路流量和内径已知,节点1的压力P1和对应的密度ρ1已知的条件下,根据附图3NOVEC1230灭火剂密度随压力的变化关系图,可以计算出节点2的压力P2。
上式中,q为管路流量,D为管路内径,Y、Z分别为相邻两节点的压力系数和密度系数,ρ表示气液两相流密度;P表示压力;α表示动能修正系数;v表示y方向速度;g表示重力加速度;λ表示管路流动位于阻力平方区的沿程阻力系数;u表示x方向速度;l表示管路长度;D表示管径;q表示管路流量;p1表示节点1的压力;p2表示节点2的压力;l1表示节点1的长度,l2表示节点2的长度;d表示微分符号;
步骤M4:根据起始节点压力及沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;
所述沿程压力损失计算方法是根据上一个节点压力,计算下一个节点压力,直至末端喷头为止。
具体地,所述步骤M4包括:
步骤M4.1:如图3所示,根据实验以及经验总结估计根据压力得到密度,多次改变压力,得到多个密度值,建立坐标系,纵轴表示某一时刻压力,横轴表示相应密度,取多个离散点,进行曲线拟合,根据拟合曲线,已知某个时刻压力值,得到相应的密度值,曲线拟合是本领域技术人员公知常识,在此不再赘述。本发明即根据起始节点压力,得出起始节点密度;
步骤M4.2:预设下一个节点压力,得到下一个节点密度,根据起始节点压力、起始节点密度,利用沿程压力损失计算方法,计算得到下一个节点实际压力值;
当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内,则计算得到的下一个节点实际压力值即为下一个节点压力;当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差不在预设范围内,则根据下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的中值重置预设下一个节点压力,迭代计算沿程压力损失计算方法,直至下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内;将下一个节点作为起始节点压力,重复步骤M4.1至步骤M4.2,直至计算得到喷头末端压力。
步骤M5:依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,根据计算所得喷头末端压力及需要流出喷头的药剂量,选取喷头,完成水力计算。
本发明提供的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算系统,包括:
通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;
具体地,所述通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化包括:如图1所示,通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;所述灭火剂释放过程包括:净瓶过程、喷射过程和净管过程;
所述净瓶过程中流动状态包括从开始释放灭火剂状态到灭火剂到达喷嘴状态;
所述喷射过程中流动状态包括从灭火剂到达喷嘴状态到灭火剂全部离开灭火容器状态;
所述净管过程中流动状态包括从灭火剂全部离开灭火容器状态和灭火剂全部离开喷嘴状态。
流动状态分析是后续所有试验测量过程中依据压力分析流动状态的基础。
模块M2:以50%的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,将瞬态的喷放过程转化为中点时刻压力和流量的稳态过程,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点,来计算后续节点的压力;
具体地,根据附图2中点时刻容器压力即中期容器压力与管网内灭火剂百分比的关系图,所述模块M2中中点时刻压力计算公式如下:
其中,Pc表示中点时刻压力;K1,K2,K3表示系数,按表1取值,中间值用线性插值法求取;表格中只给出了600、800、1000三种充装密度的K值,其它充装密度的值需要通过这3个K值线性插值得到。然后结合管容比Ce根据公式1计算中期压力Pc。
Ce表示系统的管容比。
表1K1,K2,K3数值表
模块M3:以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;
以可压缩气体等熵流动计入摩擦损失为假设条件,建立气液两相流的运动方程式;具体地,所述模块M3中沿程压力损失计算方法如下:
在节点1和2间的管路流量和内径已知,节点1的压力P1和对应的密度ρ1已知的条件下,根据附图3NOVEC1230灭火剂密度随压力的变化关系图,可以计算出节点2的压力P2。
上式中,q为管路流量,D为管路内径,Y、Z分别为相邻两节点的压力系数和密度系数,ρ表示气液两相流密度;P表示压力;α表示动能修正系数;v表示y方向速度;g表示重力加速度;λ表示管路流动位于阻力平方区的沿程阻力系数;u表示x方向速度;l表示管路长度;D表示管径;q表示管路流量;p1表示节点1的压力;p2表示节点2的压力;l1表示节点1的长度,l2表示节点2的长度;d表示微分符号;
模块M4:根据起始节点压力及沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;
所述沿程压力损失计算方法是根据上一个节点压力,计算下一个节点压力,直至末端喷头为止。
具体地,所述模块M4包括:
模块M4.1:如图3所示,根据实验以及经验总结估计根据压力得到密度,多次改变压力值,得到多个密度值,建立坐标系,纵轴表示某一时刻压力值,横轴表示相应密度值,取多个离散点,进行曲线拟合,根据拟合曲线,已知某个时刻压力值,得到相应的密度值,曲线拟合是本领域技术人员公知常识,在此不再赘述。本发明即根据起始节点压力,得出起始节点密度;
模块M4.2:预设下一个节点压力,得到下一个节点密度,根据起始节点压力、起始节点密度,利用沿程压力损失计算方法,计算得到下一个节点实际压力值;
当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内,则计算得到的下一个节点实际压力值即为下一个节点压力;当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差不在预设范围内,则根据下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的中值重置预设下一个节点压力,迭代计算沿程压力损失计算方法,直至下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内;将下一个节点作为起始节点压力,重复模块M4.1至模块M4.2,直至计算得到喷头末端压力。
模块M5:依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,根据计算所得喷头末端压力及需要流出喷头的药剂量,选取喷头,完成水力计算。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以,本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法,其特征在于,包括:
步骤M1:通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;
步骤M2:以预设值的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,将瞬态的喷放过程转化为中点时刻压力和流量的稳态过程,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点;
步骤M3:以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;
步骤M4:根据起始节点压力及沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;
步骤M5:依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,选取喷头;
所述步骤M3中沿程压力损失计算方法如下:
上式中,q为管路流量,D为管路内径,Y、Z分别为相邻两节点的压力系数和密度系数,ρ表示气液两相流密度;P表示压力;α表示动能修正系数;v表示y方向速度;g表示重力加速度;λ表示管路流动位于阻力平方区的沿程阻力系数;u表示x方向速度;l表示管路长度;D表示管径;q表示管路流量;p1表示节点1的压力;p2表示节点2的压力;l1表示节点1的长度,l2表示节点2的长度;d表示微分符号。
2.根据权利要求1所述的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法,其特征在于,所述步骤M1包括:通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;所述灭火剂释放过程包括:净瓶过程、喷射过程和净管过程;
所述净瓶过程中流动状态包括从开始释放灭火剂状态到灭火剂到达喷嘴状态;
所述喷射过程中流动状态包括从灭火剂到达喷嘴状态到灭火剂全部离开灭火容器状态;
所述净管过程中流动状态包括从灭火剂全部离开灭火容器状态和灭火剂全部离开喷嘴状态。
4.根据权利要求1所述的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算方法,其特征在于,所述步骤M4包括:
步骤M4.1:根据起始节点压力,得出起始节点密度;
步骤M4.2:预设下一个节点压力,得到下一个节点密度,根据起始节点压力、起始节点密度,利用沿程压力损失计算方法,计算得到下一个节点实际压力值;
当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内,则计算得到的下一个节点实际压力值即为下一个节点压力;当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差不在预设范围内,则根据下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的中值重置预设下一个节点压力,迭代计算沿程压力损失计算方法,直至下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内;将下一个节点作为起始节点压力,重复步骤M4.1至步骤M4.2,直至计算得到喷头末端压力。
5.一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算系统,其特征在于,包括:
通过试验分析NOVEC1230灭火剂释放过程中流动状态变化;
模块M2:以预设值的NOVEC1230灭火剂从喷头释放出来的时刻为喷放过程的过程中点,以过程中点时刻的压力和流量作为喷放过程中瞬时变化的压力和流量的平均值,将瞬态的喷放过程转化为中点时刻压力和流量的稳态过程,以中点时刻压力作为计算压力损失的压力起始节点;
模块M3:以压缩气体等熵流动计入摩擦损失为预设条件,建立气液两相流的运动方程式,得出沿程压力损失计算方法;
模块M4:根据起始节点压力及沿程压力损失计算方法,计算喷头末端压力;
模块M5:依据喷头末端压力,根据试验所得喷头流量特性曲线,选取喷头;
所述模块M3中沿程压力损失计算方法如下:
上式中,q为管路流量,D为管路内径,Y、Z分别为相邻两节点的压力系数和密度系数,ρ表示气液两相流密度;P表示压力;α表示动能修正系数;v表示y方向速度;g表示重力加速度;λ表示管路流动位于阻力平方区的沿程阻力系数;u表示x方向速度;l表示管路长度;D表示管径;q表示管路流量;p1表示节点1的压力;p2表示节点2的压力;l1表示节点1的长度,l2表示节点2的长度;d表示微分符号。
6.根据权利要求5所述的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算系统,其特征在于,所述灭火剂释放过程包括:净瓶过程、喷射过程和净管过程;
所述净瓶过程中流动状态包括从开始释放灭火剂状态到灭火剂到达喷嘴状态;
所述喷射过程中流动状态包括从灭火剂到达喷嘴状态到灭火剂全部离开灭火容器状态;
所述净管过程中流动状态包括从灭火剂全部离开灭火容器状态和灭火剂全部离开喷嘴状态。
8.根据权利要求5所述的一种NOVEC1230灭火剂管路压力水力计算系统,其特征在于,所述模块M4包括:
模块M4.1:根据起始节点压力,得出起始节点密度;
模块M4.2:预设下一个节点压力,得到下一个节点密度,根据起始节点压力、起始节点密度,利用沿程压力损失计算方法,计算得到下一个节点实际压力值;
当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内,则计算得到的下一个节点实际压力值即为下一个节点压力;当下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差不在预设范围内,则根据下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的中值重置预设下一个节点压力,迭代计算沿程压力损失计算方法,直至下一个节点实际压力值与预设下一个节点压力的误差在预设范围内;将下一个节点作为起始节点压力,重复模块M4.1至模块M4.2,直至计算得到喷头末端压力。
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2020
- 2020-01-15 CN CN202010043137.0A patent/CN111274684B/zh active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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