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烟火型气溶胶发生器温度场仿真分析

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灭火剂与阻燃材料烟火型气溶胶发生器温度场仿真分析邓康清7李颖'，鲁锐华2,易清丰，，郭春亮'，秦沛文訂黄昌龙2(1.航天化学动力技术重点实验室，湖北襄阳441003； 2.湖北航天化学技术研究所，湖北襄阳441003)摘 要：利用FLUENT流体计算软件和瞬态热分析软件， 通过流场-热耦合三维有限元方法，分析了 一种烟火型气溶胶发 生器燃气流场情况，得出外表面温度在工作结束的19 s最高。分 析燃烧19 s再放置181 s后气溶胶发生器内、外表面温度场分布 及其随发生器位置、燃气流量、气溶胶燃温、工作时间餉变化规律， 结果表明：降低发生器燃气流量、提高气溶胶的燃速和降低气溶胶 配方燃温均可有效降低气溶胶发生器温度。进行气溶胶发生器点 火试验，验证了仿真分析结果的准确性。关键词：气体发生器；气溶胶灭火剂；流场-热耦合；气流场； 温度场；仿真中图分类号：X913.4,TQ569文献标志码：B文章编号:1009-0029(2019)07-0987-04烟火型气溶胶灭火剂属热气溶胶，由氧化剂、还原剂 和少量功能助剂混合压制而成。氧化剂多釆用无机钾盐， 还原剂采用有机树脂。气溶胶灭火剂储存在发生器中，通 过引发器引燃气溶胶，产生高温气体和直径约1 gm的固 体微粒混合物，直接喷射到火焰上，实现灭火功能。未降温的气溶胶灭火剂燃烧生成的气溶胶温度很高 (1 000 T以上)，存在外喷火焰引起二次火灾的隐患；高温 气溶胶灭火效力大大下降，并对保护空间内的人和物会造......................................power and driving speed were analyzed and calculated.By using MATLAB to analyze the vehicle driving stability, it was found that reducing the height of centroid, reducing the offset distance of centroid and increasing the gauge can improve the driving stability of the vehicle. The maximum driving angle of uphill and downhill are 34.7° and 40.2° respectively, the maximum driving angle of lat­eral straight line and lateral turn are 32.4° and 30.6° respectively, by calculation. The vehicle movement along 30°slope was simulat­ed by Adams. The results showed that the force of vehicle will change abruptly and complete smoothly when the slope change.Key words: forest fire-fighting caravan；configuration parameter；dy~ namic performance parameter； stability；motion simulation作者简介:张广晖(1996-),男，山东日照人，东北林业 大学工程技术学院硕士研究生，主要从事林业装备研究， 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号，150040。通信作者:王立海(I960-),男，黑龙江哈尔滨人，东北 林业大学工程技术学院教授。收稿日期:2019-02-27成伤害。降低气溶胶发生器的喷口温度成为气溶胶灭火 器研究的关键技术，国内外学者和厂家做了大量研究工 作。主要采取两种途径降低气溶胶发生器的出口温度：一 是提高配方中可燃剂的含量或选用反应温度低、有分解气 化降温作用的配方组分如碱式碳酸锌、NH*C1、有机酸钾 盐、尿素和氢氧化铝等；二是直接将反应生成的热气溶胶 通过多孔陶瓷等冷却过滤层进行物理冷却或在燃气通道 放置冷却块进行化学外冷却。笔者分析了一种热气溶胶灭火发生器燃气流场情况、 发生器内外表面温度场分布及其变化规律，并用气溶胶发 生器试验验证了计算结果，为合理设计气溶胶发生器和降 低气溶胶发生器出口温度提供理论指导和技术途径。1计算模型1.1有限元模型气溶胶发生器直径120 mm,高25 mm,厚2 mm。绝 热层厚3〜4 mm,侧厚2 mm。气溶胶放在发生器中心位 置，出口是5个均布的©6孔(角相差18°)»流场计算模 型和发生器网格划分结果，如图1、图2所示。

0.045 0.045图1流场计算模型 图2发生器网格划分结果1.2边界条件(1) 流场计算区域及边界条件。釆用FLUENT对喷 管流场进行计算。流场区域如图1所示。选取气溶胶位 置为燃气入口。图1中1为入口边界，给定燃气流量和总 温分别为0.003 kg/s和1 362 K；2、3、4、5、6为出口边界， 釆用压力场边界，表压为OMPa；其余为流固壁面，采用无 滑移壁面边界。采用结构化网格，入出口局部加密。典型 计算规模为15 123个节点，74 695个单元。(2) 瞬态热分析边界条件。气溶胶发生器典型计算规 模为156 726个节点，34 632个单元。1.3材料性能气溶胶采用K型和S型发生剂，通过热力计算得到以 K2CO3和SrO为主的固相产物，固相约占35%〜40%,气 相约占60%〜65%。计算的喷管气相入口燃气种类和质 量分数，见表1所示。987询時科爭与拭术2019年7月第38卷第7

期表1典型气相入口燃气种类和质量分数型式Hzh2on2COCO2Tc/°C1(K型)2.0%34.0%45.0%9.0%10.0%1 3622(S型)1.0%27.0%39.0%8.0%25.0%1 3872计算结果及分析2.1流场计算结果利用FLUENT软件，对气溶胶发生器中的气相组 分，釆用组分输运模型处理，燃气设为理想气体，在三维 N-S方程的基础上，加入组分输运方程，釆用标准k-e两 方程模型对方程进行封闭求解，假设固相组分随气流一起 吹出。迭代计算1 500次，发生器中燃气压强、温度、速度 场分析结果，如图3所示。从图3可知，工作最大压强为 0.026 MPa(表压)，气流最大速度0.28 Ma,说明气溶胶在 发生器中发生低压亚声速燃烧；温度场分析结果最高温度 1 360 K,与入口温度1 362 K-致，说明流场仿真结果是 可信的，这作为后续瞬态热分析的初始热载荷。2.2瞬态热分析结果2.2.1发生器位置的影响首先仿真分析了发生器位置的影响。图4为瞬态热 分析初始热载荷及燃烧19 s、再放置181 s的温度云图。Pa2.62 e+032.26 e+031.901.531.17 e+03&06 e十024.42 e+07.85 e+01-2.85 e+02 -6.49 e+02 -1.01 e+031.36 e+031.36 e+031.36 e+031.36 e+01.36 e+1.36e+1.36 e+01.36 e+03'1.36 e+031.36 e+031.36 e+03Ma1.87 e-011.69 e-011.50 e-011.31 e-01.139.391.92 e-023.79 e-026.39 e-04(a)压强云图MaFT(m2/C)471.65 Ma426.22335.36244.5153.062.770.000__ 0.090 (m)0^045(a)瞬态热分析初始热载荷80.97766.9752.96438.957 Min1144.7123108.9994.983(b)温度云图图3流场分析结果

0.000 0.090 (m)0.045(b)燃烧19 s时的温度云图图4瞬态热分析燃烧室中的温度云图C461.95 Max 事 [127.68 "E 123.04 J =118.4 =113.76 =109.13 j 104.49 ■ 99.849 MinF(c)速度云图

0.000 , 0.090 (m)0.045(c) 181 s时的温度云图图5为研究的发生器表面点位置。图6为发生器不同位 置的内外表面最高温度随时间的变化曲线。外表面温度 随离喷口距离的减小而增加(图5的1、2点)，随时间增加 而增加，直到某个时间点温度下降；在喷口及其附近表面 (图5的3、4点)，温度在19s最高。内表面(图5(b))温 度随距喷口距离的减小而增加，随工作时间增加而增加， 工作完毕后，温度先急剧下降然后缓慢下降。响。可知随着流量增加，外表面各点最高温度均近似线性

图5发生器表面位置点2.2.2发生器燃气流量的影响图7为气溶胶燃气流量对发生器内、外表面温度的影(b)内表面温度图6发生器不同位置的内外表面温度随时间的变化曲线988Fire Science and Technology,July 2019,Vol 38,No.

7增加；在喷口附近表面及喷口位置外表面最高温度增加幅 度更大。随流量增加，与喷口相对的内表面最高温度基本 不变，圆板内面表面最高温度逐渐增加，在喷口及其附近 内表面最高温度近似线性增加。2.2.3气溶胶配方燃温的影响知发生器工作时间增加，外表面各点最高温度均呈线性趋 势增加，内表面各点最高温度开始急剧增加，之后增加趋 势放缓。说明提高发生器内气溶胶的燃速以缩短发生器 工作时间，可有效降低发生器表面温度和喷口温度。图8为气溶胶配方燃温对发生器内、外表面温度的影 响结果。可知气溶胶配方燃温并增加，内外表面各点最高 温度均呈线性趋势增加。说明通过降低气溶胶配方燃温 的方法可有效降低发生器表面温度和喷口温度。CJJ翅鸡220o o o o o O0 8 6 4 2 0U 11 11 U 1P駆頑位置1 位置2 位置380604020008060—位置1 一一位置2—4—位置3 一r一位置4—位置4

(a)外表面温度0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 燃气流量/kg/s0 5 10 15 20 25时间/s

0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 燃气流量/kg/s(b)内表面温度图7气溶胶燃气流量对发生器内外表面温度的影响220200p 180b 160聶1401201008060(b)内表面温度图9工作时间对发生器内外表面温度的影响2.3气溶胶发生器实验验证结果采用表1中配方理论燃温为1 862 K的S型气溶胶 配方2,制成上述结构的发生器，在常温下进行20 s点火 试验，测试了发生器表、侧面温度，并与发生器表、侧面温 度仿真结果对比，结果如图10所示。预示的发生器表、侧 面温度结果与实测结果较吻合。140 r00o O8 6 pi40400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600燃温/°c

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湍流情况下气溶胶微小通道沉积规律数值模拟研究

湍流情况下气溶胶微小通道沉积规律数值模拟研究

Vol.41 No.6

Dec. 2021第41卷第6期2021年12月核科学与工程

Nuclear Science and Engineering

湍流情况下气溶胶微小通道沉

积规律数值模拟研究

涂卓，曹学釘

（上海交通大学，上海200240）

摘要：本文利用数值模拟方法研究湍流情况下气溶胶微小通道内的沉积规律。通过对Muyshondt

实验的模拟并与实验数据对比验证了雷诺应力模型（RSM）和离散相模型（DPM）的适用性。分

析了颗粒粒径、气体流量对气溶胶沉积的影响，并利用修正后的DPM模型研究了通道弯曲度对气

溶胶沉积的影响。结果表明在湍流情况下，气溶胶在微通道内沉积占优机制为湍流扩散，主要影响

粒径较小的气溶胶颗粒，随着雷诺数增大，湍流扩散增强，颗粒总沉积率增大；在弯曲通道内，气

溶胶颗粒沉积率随粒径变化呈现先增大后减小的趋势，由于惯性碰撞作用增强，颗粒总沉积率相比

水平通道显著增大，但进一步增大通道弯曲度对颗粒总体沉积率的影响不显著。

关键词：气溶胶；湍流；微通道

中图分类号：X513 文章标志码：A 文章编号：0258-0918 （2021） 06-1260-09

Simulation of Aerosol Deposition in the Micro-channel under

Turbulent Flow

Tu Zhuo, Cao Xuewua

(Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

Abstract： In this paper, the numerical simulation method is used to study the deposition law in

the aerosol micro-channel under turbulent flow. The applicability of the Reynolds Stress Model

选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究

选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究

选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究

一、本文概述

随着增材制造技术的快速发展，选区激光熔化（Selective Laser

Melting, SLM）作为一种先进的金属增材制造技术，已经广泛应用于航空航天、医疗生物、汽车制造等领域。由于其独特的逐层堆积成型方式，SLM技术在制造复杂结构和高性能金属部件方面具有显著优势。然而，SLM过程中涉及的高温、快速冷却和复杂的热应力变化，往往导致成型件产生热裂纹、翘曲变形等缺陷，严重影响了部件的质量和性能。因此，对SLM过程中的温度场和应力场进行深入研究，对于优化成型工艺、提高部件质量具有重要意义。

本文旨在通过数值模拟方法，研究选区激光熔化AlSi10Mg过程中的温度场和应力场变化规律。我们将建立SLM过程的数学模型，包括激光与粉末材料的相互作用、粉末的熔化与凝固过程、热传导与热对流等物理现象。然后，利用有限元分析软件，模拟不同工艺参数下AlSi10Mg材料的温度分布和应力分布。通过分析模拟结果，我们可以深入了解SLM过程中温度场和应力场的演变规律，揭示影响成型质量的关键因素。 本文还将探讨如何通过优化工艺参数、改善热管理等方式，降低SLM过程中的热应力，减少成型缺陷，提高AlSi10Mg部件的质量和性能。我们期望通过本研究，为SLM技术在AlSi10Mg等高性能金属材料的应用提供理论支持和实践指导。

二、文献综述

随着增材制造技术的快速发展，选区激光熔化（Selective Laser

Melting，简称SLM）作为其中的一种重要工艺，已经在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域展现出广泛的应用前景。AlSi10Mg铝合金，作为一种轻质高强度的金属材料，在SLM工艺中备受关注。然而，SLM过程中产生的温度场和应力场对零件的质量和性能具有重要影响。因此，对AlSi10Mg在SLM过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究，对于优化工艺参数、提高零件质量具有重要意义。

基于OpenGVS战场火焰烟雾的模拟

基于OpenGVS战场火焰烟雾的模拟

基于OpenGVS战场火焰烟雾的模拟

刘航冶;范永弘;刘景正

【期刊名称】《计算机仿真》

【年(卷),期】2007(24)12

【摘 要】战场特效有助于虚拟战场环境气氛的烘托,其模拟质量直接影响着整个战场仿真的质量.对于战场上的烟雾、火焰等不规则物体,不能采用传统的几何方法建模,而只能采用粒子系统等复杂的数学模型进行模拟.但在战场环境模拟时,同一场景中常常会出现多处火焰、烟雾的情况,这时巨大的计算量势必大大影响场景仿真的实时性.文章对基于OpenGVS的特效实现方法进行了研究,提出一种基于OpenGVS开发平台,将粒子系统模型与二维纹理动画模拟相结合的实现方式,明显减少了模拟所需计算量.将此方法运用到某型高炮训练仿真器的场景模拟中,实际应用表明,保证实时性的同时使战场特效得到了高质量的模拟.

【总页数】4页(P189-192)

【作 者】刘航冶;范永弘;刘景正

【作者单位】信息工程大学测绘学院,河南,郑州,450052;信息工程大学测绘学院,河南,郑州,450052;信息工程大学测绘学院,河南,郑州,450052

【正文语种】中 文

【中图分类】TP391.9

【相关文献】 1.基于室内环境下火焰烟雾扩散和仿真模拟研究 [J], 邹宁;周飞;韩庆阳;赵建国

2.基于OpenGVS的汽车驾驶模拟器场景建模技术研究 [J], 李安定;陈定方

3.基于粒子系统的虚拟战场烟雾特效仿真 [J], 周迎春;房凌晖;郑翔玉;陈晓磊

4.基于OpenGVS4.5的夜间驾驶训练模拟 [J], 郑长伟;张小超

5.基于OpenGVS半潜船操作模拟器视景系统的研究 [J], 廉静静;尹勇;杨晓;神和龙

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火箭发射燃气流场仿真分析

火箭发射燃气流场仿真分析

火箭发射燃气流场仿真分析

摘要：本文主要对火箭发射时的燃气流场进行了仿真分析，监测发射台上表面所受的最大静压、最大总压和最大静温，提取相应的发射台表面静压和静温分布矢量，以作为发射台的设计和校核的依据。

关键词：火箭；发射台；燃气流场；仿真分析

Simulation Analysis of Rocket’s Gas-flow

WU Di-YongZhong Xu-YuanTIAN Hong-Jun

Abstract: This paper is about the rocket’s gas-flow field simulation, monitoring

launch pad’s the biggest surface static pressure, maximum total static pressure and

maximum temperature, extract the appropriate launching pad’s surface static pressure

and static temperature distribution vector, to serve as a launch pad and check the

design .

Key words: rocket ;launch pad; gas flow; simulation analysis

一、引言

火箭发射时发动机尾喷管喷出的燃气流的速度大、温度高，对其下方的支撑装置发射台具有很大的冲击作用。通过对火箭燃气流场的分析，得出发射台表面所受到的最大静压和最大静温，以用于校核设计的发射台是否满足其强度、刚度要求。

二、FLUENT燃气流原理分析及参数确定

1、喷管外燃气流原理分析

喷管出口外的流动工况如图1所示，基本过程如下：由于喷管出口的压强小于环境压强，即PsP1，气流边界呈内缩型，向内偏转一δ角；斜激波相交反射出另外两条斜激波CD、CE，气流经过激波压强继续增大，P4>P2（P3），故激波CD、CE与自由边界相交必然反射出两条膨胀波DF、EF；气流经过膨胀波后压强降低，自由边界向外扩张一β角；膨胀波相交产生两条膨胀波FG、FH，气流经过FG、FH后压强低于环境压强，故两膨胀波与自由边界相交后反射出两条斜激波。可以看出，气流在出口后经历反复压缩和膨胀直到气流演化为亚声速射流，气流形状形成一个一个的波节。