Mathematical modeling of gas-liquid flow in compressed air foam generation systems

Autor: Vinogradov, Stanislav, Shakhov, Stanislav, Kodryk, Anatolii, Titenko, Oleksandr, Parkhomchuk, Oleksandr
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Technology audit and production reserves; Том 4, № 3(54) (2020): Chemical engineering; 29-35
Technology audit and production reserves; Том 4, № 3(54) (2020): Хімічна інженерія; 29-35
Technology audit and production reserves; Том 4, № 3(54) (2020): Химическая инженерия; 29-35
ISSN: 2664-9969
2706-5448
Popis: The object of research is the compression foam supply system. One of the most problematic areas in the design of compression foam supply systems is the need to obtain a certain type of foam with the necessary properties, depending on the class of fire for which it will be used to extinguish. It is necessary to take into account the technological process of foam formation, namely, the regulation of the flow of the foaming agent solution and compressed air, which are fed into the mixing chamber, where the foam is generated directly. It is important to ensure optimal parameters depending on the purpose of the foam outlet flow installation: flow rate, foam ratio and foam stability. In order to design a compression foam supply system with certain technological parameters, it is necessary to obtain these parameters analytically in advance, for which it is necessary to construct an appropriate mathematical model.In the course of the research, let’s use the Simulink graphical simulation environment (integrated into the MatLab software environment), which allows building dynamic models using separate blocks in the form of directed graphs. The structure of such a model is built on the basis of separate, independent blocks, which in themselves are separate mathematical models.New is the development of a mathematical model of a two-phase flow: a liquid phase consisting of a mixture of water with a foaming agent and a gas phase - air in the foam generator path as part of a block diagram of an installation for the case of generation of compression foam. And also the development of a scheme and communication algorithm for serially connected blocks of a common block diagram. This ensures the receipt of the calculated output data of the stationary mode of operation of the installation.The mathematical model developed in this work allows solving the following applied and scientific problems:– to carry out calculations of the input parameters of the installation, which will provide the required output parameters: flow power, frequency ratio, continuous generation time, foam resistance, determined by the purpose and features of the installation in conditions of extinguishing various types of fires;– to investigate the influence of the parameters of the foam generation insert of the installation on the expansion of the compression foam.
Об'єктом дослідження є система подачі компресійної піни. Одним з найбільш проблемних місць при проектуванні систем подачі компресійної піни є необхідність отримання певного типу піни, яка має необхідні властивості, в залежності від класу пожежі, для гасіння якого вона буде використана. Необхідно враховувати технологічний процес утворення піни, а саме регулювання потоку розчину піноутворювача та стиснутого повітря, які подають в камеру змішування, де безпосередньо відбувається генерація піни. Важливо забезпечити оптимальні параметри в залежності від призначення установки: потужність потоку, кратність піни та її стійкість. З метою проектування системи подачі компресійної піни з певними технологічними параметрами необхідно попередньо отримати ці параметри аналітично, для чого необхідно побудувати відповідну математичну модель.В ході дослідження використовувалося графічне середовище імітаційного моделювання Simulink (інтегроване в програмне середовище MatLab), яке дозволяє за допомогою окремих блоків у вигляді направлених графів будувати динамічні моделі. Структура такої моделі побудована на основі окремих, самостійних блоків, які самі по собі є окремими математичними моделями.Новим є розробка математичної моделі двофазного потоку: рідкої фази, що складається із суміші води з піноутворювачем і газової фази – повітря в тракті піногенератора в складі блок-схеми установки для випадку генерації компресійної піни. А також розробка схеми та алгоритму комунікації послідовно з'єднаних блоків загальної блок схеми. Завдяки цьому забезпечується отримання розрахункових вихідних даних стаціонарного режиму роботи установки.Розроблена в роботі математична модель дозволяє вирішувати наступні прикладні та наукові завдання:– проводити розрахунки вхідних параметрів установки, які забезпечать необхідні вихідні параметри: потужність потоку, кратність, час безперервної генерації, стійкість піни, що визначаються призначенням і особливостями застосування установки в умовах гасіння різних видів пожеж;– дослідити вплив параметрів піногенеруючої вставки установки на кратність компресійної піни.
Объектом исследования является система подачи компрессионной пены. Одним из самых проблемных мест при проектировке систем подачи компрессионной пены является необходимость получения определённого типа пены, обладающей необходимыми свойствами, в зависимости от класса пожара, для тушения которого она будет использована. Необходимо учитывать технологический процесс образования пены, а именно регулирование потока раствора пенообразователя и сжатого воздуха, которые подают в камеру смешивания, где непосредственно происходит генерация пены. Важно обеспечить оптимальные параметры в зависимости от назначения установки выходящего потока пены: мощность потока, кратность пены и ее стойкость. С целью проектировки системы подачи компрессионной пены с определенными технологическими параметрами необходимо предварительно получить эти параметры аналитически, для чего необходимо построить соответствующую математическую модель. В ходе исследования использовались графическая среда имитационного моделирования Simulink (интегрированная в программную среду MatLab), которая позволяет с помощью отдельных блоков в виде направленных графов строить динамические модели. Структура такой модели построена на основе отдельных, самостоятельных блоков, которые сами по себе являются отдельными математическими моделями.Новым является разработка математической модели двухфазного потока: жидкой фазы, состоящей их смеси воды с пенообразователем и газовой фазы – воздуха в тракте пеногенератора в составе блок-схемы установки для случая генерации компрессионной пены. А также разработка схемы и алгоритма коммуникации последовательно соединённых блоков общей блок схемы. Благодаря этому обеспечивается получение расчётных выходных данных стационарного режима работы установки.Разработанная в работе математическая модель позволяет решать следующие прикладные и научные задачи:– проводить расчеты входных параметров установки, которые обеспечат требуемые выходные параметры: мощность потока, кратность, время непрерывной генерации, стойкость пены, определяемые назначением и особенностями применения установки в условиях тушения различных видов пожаров;– исследовать влияние параметров пеногенерирующей вставки установки на кратность компрессионной пены.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: