关键词：泡沫;;压缩空气泡沫系统(CAFS);;析液;;Herschel-Bulkley模型;;流变学;;数值模拟
摘 要：压缩空气A类泡沫具有极佳的灭火效率和隔热防护性能。本文针对压缩空气A类泡沫的流变特性及管道流动压降等内容展开研究,为固定压缩空气泡沫灭火技术的工程应用及其标准规范的制定提供技术支撑。泡沫覆盖在物体表面会发生自由析液并进行相应的结构变化。常温条件下,实验初始阶段压缩空气A类泡沫为质地均匀的球状结构,随着液相的析出逐渐生长变大。约900 s时泡沫向椭球状结构演化,并在3000 s时泡沫开始向多边形结构演变。在开始正向析液过程中,析液速率先增加后减少,最终在自由析液3000 s时趋于稳定。说明泡沫的演变与析液过程相互作用,泡沫的结构决定了泡沫质量析液速率的大小,而自由析液逐渐改变了泡沫的结构。热影响下泡沫的析液过程明显加快,过程中伴随着气相的膨胀,致使多边形泡沫出现的时间提前。压缩空气A类泡沫是一种粘弹性流体,其液体体积分数在0.03-0.14之间时,泡沫屈服应力与液体体积分数基本呈线性关系。常温条件下,压缩空气A类泡沫的流变行为符合Herschel-Bulkley模型。引入结构损伤因子描述其结构随时间的变化,并对Herschel-Bulkley模型进行修正,使其可以对泡沫析液进程中每一时刻的流变特性进行描述。泡沫表观粘度随结构损伤因子的增大而不断增加,液膜厚度的减小及泡沫结构的变化是造成这一现象的主要因素。低温水浴通过影响泡沫的析液速率与结构来对泡沫粘度产生作用。不同发泡倍数的泡沫均具有良好的压缩性能,其内部压力随着压缩体积的增加呈指数型增长。综合考虑其压缩性能及粘度变化,运用Fluent软件对不同发泡倍数的泡沫在水平管路中的层流流动进行模拟,并通过试验验证其压降模拟结果的可靠性。并且得到了沿程阻力系数与雷诺数之间的关系,统一了不同管径、不同发泡倍数的泡沫层流阻力系数模型。
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