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干粉滅火系統(tǒng)計算研究

作者:韓德洲 宋旭東  
評論: 更新日期:2011年06月26日

?  對于水平放置的管道,周建剛等人進行的系統(tǒng)試驗研究結(jié)果[3]表明,當(dāng)μ=0.0286-0.143時:
    λz=0.07(g·d)0.7/υq1.4    (8)
  當(dāng)υq=20m/s時,對不同直徑的管道,用式(8)計算出的結(jié)果如表3所示。


?  當(dāng)μ=0.15時,依據(jù)表2和表3中的數(shù)據(jù),計算出不同的管道直徑條件下,λz/μ在λq+λz/μ中所占比例如表4所示。

  表4中的結(jié)果表明:λz/μ在λq+λz/μ中占比例不超過10%,所以在工程實際計算時,一般可忽略λz/μ項,亦即:
    △p/l=λq·ρq·υq2/(2d)    (9)
  依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,得驅(qū)動氣體密度ρq的表達式為:
    ρq=p·M/(R·T)   ?。?0)
  式中的p取計算管段末端的壓力pe,則有:
    pq=pe·M/(R·T)   ?。?1)
  驅(qū)動氣體在管道中的流速υq可由其流量Q‘(Q‘=μ·Q/ρq)和管道內(nèi)徑d表示,即有:
    υq=4μ·Q/(π·ρq·d2)    (12)
  將式(11)和式(12)代入式(9)得:
    △p/l=8R·T·μ2·λq·Q2/(π2·M·pe·d5)   ?。?3)
  當(dāng)△p/l以MPa/m作單位,pe以MPa作單位,d以mm作單位時,式(13)
變?yōu)椋?br />     △p/l=8000R·T·2·λq·Q2/(π2·M·pe·d5)   ?。?4)
式中:△p/l-管道每單位長度上的壓力損失,MPa/m;
   R-摩爾氣體常數(shù),8.31441J/(mol·K);
   T-環(huán)境的絕對溫度,K;
   Q-管道中的干粉輸送速率,kg/s;
   π-圓周率;
   M-驅(qū)動氣體的摩爾質(zhì)量,kg/mol;
   pe-管段末端壓力,MPa;
   d-管道直徑,mm。

3 泄壓口面積的確定
  當(dāng)干粉滅火系統(tǒng)工作時,將突然向防護區(qū)內(nèi)噴放大量的氣-固兩相流體,從而導(dǎo)致防護區(qū)內(nèi)的壓力急劇上升,為了避免防護區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)因壓力過大而遭到破壞,必須設(shè)置泄壓口,以便使過量的氣固兩相流體及時地從防護區(qū)排放出去。因此,泄壓口面積的確定,應(yīng)以防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)所能承受的壓力為依據(jù)。
  由于防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)外部的壓力是大氣壓,而內(nèi)部壓力的極限值是防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)的允許壓力px,以過泄壓口水平中心線的水平面為水平基準(zhǔn)面,列泄壓口內(nèi)側(cè)過水?dāng)嗝娴叫箟嚎谕鈧?cè)過水?dāng)嗝娴臒o粘性流體伯努利方程得:
    p1/(ρ1·g)=υ2/(12g)
解之得:υ=(2p1/ρ1)1/2     (16)
  式中的p1取為防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)的允許壓力px;密度ρ1應(yīng)該是干粉、驅(qū)動氣體和防護區(qū)內(nèi)原有空氣組成的混合物的密度??紤]到防護區(qū)內(nèi)原有的空氣體積與噴射出的驅(qū)動氣體體積相比,可以忽略;此外,當(dāng)驅(qū)動氣體減壓到大氣壓時,其體積遠遠大于干粉體積,所以通過泄壓日離開防護區(qū)的流體流,主要是驅(qū)動氣體。因此,為使問題簡化,ρ1取驅(qū)動氣體離開防護區(qū)時的密度,即:
    ρ1=M·pa/(R·T)    (17)
式中:M-驅(qū)動氣體的摩爾質(zhì)量,kg/mol;
   pa-大氣壓,取pa=1.01×103pa;
  即:ρ1=1.01×105M/(R·T)   ?。?8)
  代入式(16)得:
    υ=(2R·T·px/(1.01×105M))1/2   ?。?9)
  這里的υ就是驅(qū)動氣體離開防護區(qū)時的流動速度近似值,如將其視為驅(qū)動氣攜帶著干粉從防護區(qū)排出的速度,則由流體流動的連續(xù)性得關(guān)系式:
    Ax·υ·t=m/ρs+μ·m/ρ1(20)
  上式等號右邊的兩項分別是噴射的干粉體積和驅(qū)動氣體體積,其中ρs是干粉的真實密度。由于干粉自然堆積時的孔隙率(孔隙體積與干粉自然堆積體積之比)一般為60%,所以有:
    ρs=2.5ρf(21)
將式(18)和(21)代入式(20),整理后得:
    Ax=(m/t)[1/(2.5ρf)+μ·R·T/(1.01×105M)]/υ
     =Q0[1/2.5ρf)+μ·R·T/(1.01×105M)]/[2R·T·px/(1.01×105M)]1/2
     =Q0[T/(M·px)]1/21{(1.01×105)1/2M/[(2R)1/2T×2.5ρf]+μ[R/(2×1.01×105)]1/2}
     =Q0[T/(M·px)]1/2[31.17M/(T·ρf)+6.42×10-3μ]
即泄壓口面積的計算式為:
    Ax=Q0[T/(M·px)]1/2[31.17M/(T·ρf)+6.42×10-3μ]    (22)
式中:Ax-泄壓口面積,m2;
   Q0-干管的干粉輸送速率,kg/s;
   T-環(huán)境的絕對溫度,K;
   M-驅(qū)動氣體的摩爾質(zhì)量,kg/mol;
   px-防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)的允許壓力,pa;
   ρf-干粉滅火劑的松密度,kg/m3;
   μ-驅(qū)動氣體系數(shù)。

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