超声速干粉灭火喷管气固两相射流特性的数值分析

针对超声速气流驱动干粉颗粒形成的缩放喷管气固两相射流,采用拉格朗日方法、气固双向耦合模型以及Shear-Stress Transport k-ω湍流模型进行数值模拟,分析了颗粒装载比、萨夫曼力和入口压力等因素对气体参数、颗粒速度以及颗粒聚集度的影响.结果表明:气固双向耦合模型可以准确的分析气体与颗粒之间的相互作用.当高压气体通过缩放喷管时会产生超声速流动,从而带动颗粒作加速运动;在同一入口压力下,如果颗粒装载比较高,那么颗粒速度较小,且气体参数受颗粒的影响较大.颗粒在喷管扩张段轴线附近聚集,导致轴线到壁面附近区域内,产生沿径向向外的气流速度梯度,这可以解释萨夫曼力使轴线上气固两相的速度增大,并且在高颗粒装载比下的影响更显著的原因.不同入口压力下可能出现欠膨胀、过膨胀和完全膨胀三种不同喷管射流形态;在完全膨胀流态下,颗粒加速和气流降温的效果相对更好.研究结果可为超声速干粉灭火技术的应用提供理论支撑.