对旋式轴流风力灭火机模型构建与数值计算开题报告

1. 研究目的与意义

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、救助较为困难的灾害。森林防火工作是中国防灾减灾工作的重要组成部分，是加快林业发展，加强生态建设的基础和前提，事关森林资源和生态安全，事关人民群众生命财产安全。如若发生且处理不当，就会对生态环境、社会稳定造成极大影响，因此在森林灭火这一方面，需要强有力的灭火工具及措施。

2. 国内外研究现状分析

便携式风力灭火机是我国当前扑救森林火灾十分重要的灭火机具之一,风机是便携式风力灭火机的主要工作部件。目前,现有的便携式风力灭火机大多数采用离心式风机,离心式风机的缺点是气流经过叶轮时流速和方向都要发生很大变化,这样风压较高,能耗较大;与离心式风机相比,由于轴流风机中气体是沿轴向进入和排出的,没有离心惯性力,因而产生的风压很小,但产生的风量和出口风速却很大,具有高比转数,效率较高,能提供强大的高速空气射流,符合便携式风力灭火机所需要的灭火要求,有助于便携式风力灭火机灭火效率的提高。

风力灭火机是林火直接扑救技术装备之一。风力灭火机的工作原理是用高风速、大风量气流吹散燃烧物产生的火苗，通过对流换热降温，使燃烧的化学反应速度降低。同时大量气流进入火场，使可燃气体浓度降低，并随气流带走部分可燃气体，过量的氧也会抑制燃烧。风力灭火机基本要求是高速空气射流，高速空气射流是由高风速和大风量组成。因此，增加风速，增大风量是改善风力灭火机灭火性能的关键。传统离心式风力灭火机出口风量小、有效风速低、出口风压大，灭火工作效率较低，于是需要一种新的灭火风机。

3. 研究的基本内容与计划

本课题主要是通过使用cfd软件进行对旋式轴流风机模型的建立及数值的计算。

随着计算技术的发展，在流体机械领域，计算流体动力学（cfd)已成为分析流体流动性质的一个重要工具。cfd是一种用于预测和分析复杂流体流动性质的计算技术，包括对各种类的流体在各种速度范围内的复杂流动在计算机上进行数值模拟的计算。流体动力学研究的对象是运动中的流体的状态与规律。流体机械是以流体为工作介质来转换能量的机械。流体动力学在流体机械中应用广泛，比如在预测天气计算飞机所受的力和力矩，输油管线中石油的流率等方面。其中的的一些原理甚至运用在交通工程。解决一个典型的流体动力学问题，需要计算流体的多项特性，包括速度、压力、密度、温度等。

cfd软件通常有三种功能，分别着重于前端处理(preprocessing)，计算和结果数据生成（computing and resulting）以及后处理（postprocessing）。前端处理通常要生成计算模型所必须的数据，包括建模、数据录入、生成网格等；做完了前处理后，cfd的核心解算器（solver）将根据具体的模型，完成相应计算任务，并生成结果数据；后处理过程是对生成的结果数据进行组织和诠释，一般以直观可视的形式给出来，计算结果可用于内部流动诊断、流动预测、性能分析等作用。fluent是目前国际上比较流行的通用cfd软件，用来模拟从不可压缩到中等程度可压缩乃至高度可压缩范围内的复杂流动。fluent软件灵活、强大的算法和专用于流体机械领域的网格技术使得fluent软件在流体机械方面有广泛的应用，如可应用于航空发动机中的压气机、涡轮，工业上的燃气轮机、蒸汽轮机、水轮机、泵、风扇、空气压缩机、螺旋桨等。fluent软件在风机行业也具有广泛的应用前景，在其2002年新推出的fluent6.2版，进一步完善了风机建模、网格技术、数值算法、物理模型和可视化技术等方面的功能。可以对各种形式的风机进行流场分析和研究，能够准确地预测出风机的性能和噪音水平，同时，fluent软件也能计算整个通风系统的管道、阀门以及通风口等部件和系统的流动情况，由于fluent稳定性好、适用范围广、精度高，因此是如今世界上应用范围最广泛，功能强大的商业cfd软件。

4. 研究创新点

在轴流式风机中，有一种特殊结构形式的风机一一风机中没有前后导叶，具有两个工作叶轮，两个工作叶轮的旋转方向相反，称为对旋式轴流风机。在对旋式轴流风力灭火机中，气流沿风筒轴向进入第一级叶轮，经第一级叶轮做功加速后流出时就在圆周方向上有一个速度分量；然后气流直接进入旋转方向相反的第二级叶轮，由于叶轮的反向旋转可以消除气流的周向速度分量，最后沿轴向流出。在气流通过对旋式风机的过程中，第一级叶轮出口的周向分速成为了第二级叶轮进口的预旋速度，整个风机不需要前、后导叶及中间导叶，风速、风量将较大幅度增加，用来灭火则可以更加有效、迅速，可以提高火灾扑灭效率。可见，研制对旋式轴流风力灭火机能优化便携式风力灭火机的气动性能，提高灭火效率，是一次很有益的尝试和实践，对我国森林火灾的扑救具有很重要的应用价值和现实意义。