洁净气体音速释放流动的管网系统的制作方法
专利名称：洁净气体音速释放流动的管网系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑消防工程，具体为如何运用气体动力学技术确定洁净气体灭火管网系统的大小，以保证失火时灭火气体能从具有阻力作用的管网系统中在有效灭火时间内释放流出，可靠灭火。管网系统大，阻力作用小，灭火气体流出时间短，对灭火有利；管网系统小，阻力作用大，灭火气体流出时间长，对灭火则不利，甚至导致灭火失败，失去安装灭火管网系统的意义。流动动力一定，灭火气体剂量一定，流动阻力作用的大小决定了灭火洁净气体的出流时间。从灭火安全要求讲，有一洁净气体在灭火管网系统中最大限定的出流时间，因而有一几何结构最小又能保证灭火气体出流时间限定的管网系统。
背景技术：
气体灭火管网系统，由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、安全阀、集流管、歧管、孔板、选择阀、压力开关、主管道、三通、弯头、各级支管道，喷头组装而成，是国家强制限定相关建筑场所必须安装的消防设施。早先储气钢瓶组充装的灭火气体为液化气“哈龙”，因哈龙灭火释放到大气中后对臭氧层的破坏能力大约是氟里昂的3-10倍，我国政府决定全部淘汰“哈龙”灭火剂。哈龙被淘汰后，管网系统充装的环保性能最好的灭火气体，国际消防技术标准和我国政府规定应为大气中的氮气、氩气、二氧化碳或者其混合气体，这种气体，被称为洁净气体。这样管网系统中流动的灭火气体就由不可压缩的液化气变成了单相可压缩气体，流体的流动规律就有了本质上的不同，确定管网系统大小的技术方法也就有了本质上的变化。国际消防技术标准ISO/CD14520-1和我国消防技术规范GB50370-2005均以流动时间作为核心技术指标对洁净气体管网系统的流动技术特性作出要求洁净气体必须在不大于60秒由管网系统释放流出灭火。管网系统应以此技术要求来确定大小，保证灭火的可靠性。按照一定剂量灭火气体出流时间确定管网系统大小的技术方法，均列入各国强制性消防技术标准或规范，确保按其确定的管网系统的大小决定的灭火气体释放时间对灭火可靠。
洁净气体在管网系统中的释放流动，有“亚音速”和“音速”两种规律完全不同的流况。气体“亚音速”流动规律与不可压缩流体流动规律类同，由于对不可压缩流体管道流动规律的认知已相当普及、深刻，在“亚音速”流动范围确定管网系统大小的技术方法比较容易确立，但是按“亚音速”流动确定的管网系统大而不经济；气体“音速”流动规律与“亚音速”流动规律有了本质上的区别，在“音速”流动范围确定管网系统大小的技术方法解决起来较难，但按“音速”流动确定的管网系统最小而且经济，对于管网系统设计制做意义重大。
洁净气体在管网系统中的释放流动，是将钢瓶内储存压力为15MPa或20MPa的洁净气体，经由对流动有阻力的管网系统喷放到背压为大气压0.1Mpa的防护区内，流动压力变化之大早已进入必须考虑气体压缩性的范畴，因而属于可压缩气体管道内严重的不稳定流动。这种不稳定流动，因管网系统的大小不同，气体的流况也不同。当管网系统大到一定程度，洁净气体的全部不稳定释放流动过程，均会在“亚音速”流况下进行；小于这个程度的管网系统，洁净气体的全部不稳定释放流动过程，则分为先期的“音速”流动过程和后期的“亚音速”流动过程，并且这两种规律完全不同的流动过程又都是由同一个管道气体流动方程所描述，那么按该管道气体流动方程确定管网系统大小的技术方法稍有不慎，就会将规律完全不同的两种气体流动混为一谈，将全部流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统混为一谈，确定管网系统大小的技术方法就会有重大漏洞，按照这个有重大漏洞技术方法确定的管网系统对灭火的可靠性就有重大问题。
目前，国际、国内确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法如下 1、由于没有解决可压缩气体在管道中流动达到“音速”如何定量的技术，国际上目前只能在远离“音速”的“亚音速”流动状况下确定洁净气体灭火管网系统的大小，所制作的管网系统大而不经济。
消防界的普遍看法，目前国际上确定洁净气体管网系统大小最先进的技术方法应为美国安素公司，但安素公司对该技术方法严格保密，均是将国外要设计的管网系统拿回美国确定大小，然后再在国外施工制作。可是，根据安素公司宣传透漏的产品信息和技术查新查到的相关内容，我们了解到安素公司并没有解决可压缩气体管道中流动时达到“音速”如何确定管道大小的技术方法。他们的做法是依据管长和管径的不同给出了洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，规定在上限值以下的流量范围，用美国NFPA技术标准12或12A中的气体管道流动方程 ........(一) 确定管网系统的大小。这种方法，实质是只在气体管道“亚音速”流动状况下确定管网系统的大小。技术查新查到的安素公司的技术论文《解决运用IG541惰性气体火灾抑制系统的水力学计算问题》中论述的依据实验所作的两条曲线也说明了这一点，文中论述道“对于一种尺寸管子里调整的最小流量也属于足够的高，保证气体流动完全进入湍流状态，这样对于每一个给定直径的管子，一个恒定的摩擦系数可以被使用；另外一种气体管道流动的最大流量被这种气体流动时管内当地音速所限定，那么，在惰性气体管网系统的管子里，气体最大流量要调整到避免达到‘音速’的阻塞流动状态，然后将灭火气体在管网系统中的流量设定在这两个最大和最小流量之间”，就可以用上述方程(一)进行管网系统中气体流动准确的分析，正确的确定出管网系统的大小。这里所说的惰性气体，就是我们称谓的洁净气体。由于给出了洁净气体管道中流量值的上限值表，安素公司只在气体“亚音速”流动范围确定管网系统的大小的技术方法正确、可靠，不足之处是没有确定出既符合灭火要求，几何结构又最小的管网系统。
美国NFPA技术标准12或12A，安素公司研究洁净气体管网系统中流动的论文，均定性地提出了洁净气体从灭火管网系统释放流动时有“音速”流动问题，但均没有提出流动达到“音速”时如何定量确定管网系统大小的技术方法。
众所周知，美国安素公司就是依靠他们正确解决了洁净气体在管网系统中流动时如何定量确定管网系统大小的技术方法，也就是气体“亚音速”管道流动时管道大小的定量技术方法，他们所确定的管网系统大小对灭火要求正确、可靠，从而几乎垄断了中国洁净气体灭火管网系统市场。
2、国内目前洁净气体管网系统各种设计《规范》中确定管网系统大小的技术方法，是在没有注意到1.不可压缩流体管道流动规律与必须考虑压缩性的气体管道流动规律的本质不同；2.可压缩气体“亚音速”管道流动规律与“音速”管道流动规律的本质不同，不能等同对待的情况下作出的。用这些《设计规范》中规定的洁净气体流动定量技术方法确定的管网系统的大小，不能保证其符合灭火核心技术要求，不能保证其对灭火是可靠的。以下分两种情况说明 其一为陕西省地方DB61/296-2002消防《规范》，该《规范》按不可压缩流体管道流动规律确立可压缩气体流动管道大小的定量技术方法，埋下了有重大漏洞的隐患。按照该《规范》的技术方法，也可以在洁净气体“亚音速”流动状况下正确确定管网系统的大小，但他们必须像美国安素公司那样依据管长、管径的不同给出洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，并规定在上限值以下的流量范围确定管网系统的大小，方能保证自己的技术方法是正确的。可是该《规范》没有这样做。那么，按该技术方法的顺序、步骤，往往管网系统中洁净气体会是在“音速”下流动的，却是按“亚音速”流动技术方法进行计算，计算的结果就会是虚假技术数据，以此虚假技术数据确立的管网系统的大小，当然无法知其是否符合灭火核心技术要求，失火时是否能可靠灭火。
另外该《规范》中描述洁净气体管道流动的两个关键公式4.4.10条公式和4.4.11条公式的问题均比较大。4.4.10条所列描述洁净气体管道流动的公式为 ..........................(二) 公式(二)中，有的流动项按气体绝热过程处理，有的流动项按气体等温过程处理。这种将气体不同的流动过程用在同一个特定流动过程的流动公式上不同流动项的处理方法本身是十分错误的，理论上根本讲不通，实践上更是不存在这个公式描述的气体流况。
4.4.11条所列描述洁净气体流动中温度变化公式 表达的根本就不是洁净气体在管网系统中流动的规律，就不能用在确定管网系统大小的技术方法上。
其二为国家规范GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》，该《规范》所确立的确定洁净气体灭火管网系统大小的顺序、步骤和方法，同样没有注意到气体“亚音速”流动与“音速”流动的规律本质不同，同样按不可压缩流体管道流动规律确立可压缩气体流动管道大小的定量技术方法。那么该《规范》确定管网系统大小的技术方法也只能用在气体“亚音速”流动范围确定管网系统的大小。但是他们同样没有按管长管径的不同给出洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，将自己的技术方法限定在气体“亚音速”流动范围以保证自己的技术方法运用时的正确性。所以，按该技术方法的顺序，步骤同样会出现以虚假技术数据确定管网系统大小的错误。
发明内容
要正确解决如何确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法，我们首先做到了理论突破，进而在理论发明的指导下，对要解决的具体技术问题进行研究，导致了应用发明，技术发明的产生，得出了正确的确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法。现论述如下 1、理论发明 要想正确了解洁净气体在管网系统中释放流动的规律，必须对以气体流动动量微分方程为核心的气体管道流动方程组求解。
气体管道流动方程组为 方程组中Q质量流量；A管道正截面积；τ管道内壁面与流动气体摩擦应力；U管道正截面周长；L管道长度；C常数；K气体流动过程多变指数；ξ实际气体压缩性系数，其值按GB150-98《钢瓶压力容器》附录B求取；R通用理想气体常数；其余压力P、密度ρ、温度T、速度W为管道气体流动技术参数。
求解上述方程组得到以下定解公式组 定解公式组中，字母下标1表示管道上游截面参数；下标2表示管道下游截面参数；λ为流体管道流动阻力系数，层流时
过渡流时
湍流时
Ld为管道流阻当量长度；D为管道内径；p*为管道气体流动达到“音速”截面参数。Ln为自然对数。
定解公式(2)、(3)为第一次从理论上创造性得到的公式。
2、应用发明、技术发明 运用上述气体动力学理论发明，我们对洁净气体从管网系统中严重不稳定出流问题进行了正确分析，对定解公式组由同一方程[1]描述的气体“音速”流动和“亚音速”流动严格明确区分，对全部不稳定流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部不稳定流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统严格明确区分，解决了如何确定管网系统大小的具体技术方法，并导致了最小管网系统，即如何确定“音速”范围流动管网系统技术方法的解决。
我们进行了各种实验，将定解公式组修正改写成符合洁净气体物理性质的气体管道流动公式，过程公式和状态公式。这些公式中，除了实际气体压缩性系数ξ、流体管道流动阻力系数λ的求取直接采用《工程热力学》、《工程流体力学》已有研究成果外，实验证明因洁净气体种类不同、流经管网系统质量不同、管网系统大小不同，K为1＜K＜1.67之间某个值。其余字母为相互决定的管道几何结构参数和管道中流动气体技术参数。
依据上述理论发明和实验验证，我们对洁净气体及其管网系统这个具体工程应用问题进行了研究，得出了如下确定气体灭火管网系统大小的正确技术方法，其顺序、步骤如下 (1)依据公式[1]，我们将复杂的管网系统科学地抽象成了等截面当量管道。
(2)依据公式[3]，我们求出了该复杂管网系统的临界压力比p*/p1，可以准确判断出该复杂管网系统在钢瓶中任一气体状态p1ρ1的作用下，出口背压为大气压0.1MPa时，洁净气体是处在“音速”流动工况还是处在“亚音速”流动工况，将全部流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统严格区分。
(3)依据公式[2]，我们可以求出在钢瓶中气体状态p1ρ1的动力作用下，下游“音速”处压力为p*时，管网系统洁净气体流动达到“音速”时的最大流量Qmax。
(4)依据公式[1]、[2]、[3]，正确地做出了洁净气体在管网系统中不稳定释放流动曲线，将“音速”范围不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段正确区分开。
(5)依据上步洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，正确求出了管网系统“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值与“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值。
(6)用定解公式组，我们正确求出了洁净气体在“音速”不稳定流动时间段的泄放质量与“亚音速”不稳定流动时间段的泄放质量的准确值。
(7)依据上述第(5)、(6)步的结果，我们正确求出了管网系统中洁净气体在“音速”不稳定流动下的出流时间和“亚音速”不稳定流动下的出流时间的准确值。
(8)上述第(7)步“音速”出流时间与“亚音速”出流时间之和即为洁净气体从管网系统进行着严重不稳定流动的总的出流时间。
(9)调整管网系统的部件、管道几何结构参数，重复上述(1)至(8)的设计计算，保证灭火气体释放时间不大于60秒，保证管网系统最小。
四
附图是一个任意结构的固定式洁净气体自动灭火管网系统，图中1储气钢瓶组；2容器阀；3单向阀；4导流管；5集流管；6选择阀；7压力开关；8总管道；9喷头；10各级支管道；11、三通、弯头；12安全阀；13歧管、孔板。
五、具体实施方法 按照以下顺序、步骤和方法确定灭火洁净气体管网系统几何结构的大小，直至达到“音速”释放流动为主的最小管网系统，并按此施工制作安装 1.按15MPa或20MPa确定钢瓶内洁净气体充装压力。
2.在流体力学流体管道流动阻力理论指导下，选取耐压强度合格、阻力系数最小的各种型号、规格的灭火专用阀门、挠性导流管、钢瓶、集流管、歧管、减压孔板、总管道、各级支管道、三通、弯头、喷头。
3.按照灭火防护区体积设计全淹没灭火时需要的洁净气体质量。
4.依据上步和第1步确定钢瓶数量。
5.按照灭火防护区面积和喷头技术参数确定喷头数量。
6.按照灭火防护区和钢瓶储存间的空间相对位置，以以上各步所选零部件及数量草设管网系统。
7.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]对草设的管网系统进行洁净气体流动时几何结构阻力因素和动力因素计算，将复杂管网系统化成等截面当量管道。
8.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[3]求出上步所化等截面当量管道某种洁净气体在其中流动时的临界压力比P*/P1，此即是草设管网系统内某种洁净气体流动时的临界压力比。其中P*为草设管网系统的出口气体流速达到“音速”时出口截面气体的压力；P1为草设管网系统总管道进口气体压力，也即是洁净气体“音速”释放过程中钢瓶内任一时刻的压力。
9.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[4]、公式[5]，求出管网系统初始喷放时刻钢瓶内压力P1密度ρ1。
10.依据灭火防护区内大气压值(可以取0.1MPa)与上步求得的P1值，求出0.1/P1的值。
11.比较上步求得的0.1/P1的值与第8步求得的临界压力比P*/P1值的大小；当P*/P1≥0.1/P1时，说明以总管道进口压力P1为动力的洁净气体流动，处在“音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程分为“音速”流动过程和“亚音速”流动过程；当P*/P1＜0.1/P1时则处在“亚音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程只是“亚音速”流动过程。全部为“亚音速”释放过程的管网系统太大，此时可以按第二步和第六步另行草设几何结构小的管网系统，重复第7步至本步的计算。
12.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[2]和第9步求得的p1、ρ1及第8步求得的P*/P1，求出管网系统初始喷放时刻的最大流量Qmax1；按第8步求得的P*/P1，令P*＝0.1Mpa，求出此时刻的压力p1′，并求出密度ρ1′，此即为“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内洁净气体的压力、密度。依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用公式2和本步求得的p1′，ρ1′及第8步求得的P*/P1，求出“音速”不稳定流动过程结束时刻管网系统洁净气体的最大流量Qmax2 13.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]和第8步求得的草设管网系统的临界压力比P*/P1及上步求得的Qmax1，Qmax2，以质量流量Q为纵坐标，以气体进出口压力比P2/P1为横坐标，作草设管网系统中洁净气体进行严重不稳定流动曲线，该曲线由“音速”不稳定流动直线段和“亚音速”不稳定流动曲线构成，明确将洁净气体在草设管网系统中“音速”不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段严格区分开。
14.依据第12步求得的Qmax1和Qmax2和上步作出的洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，求出洁净气体在草设管网系统内“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值 15.按第13步“亚音速”不稳定流动曲线，按第8步求得的P*/P1，给出P*/P1至1之间n个P2/P1的值(包括P2/P1=P*/P1这个点)。这些P2/P1中的P2，均等于大气压0.1Mpa，以此求出每个P2/P1对应的P1，再依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]，求出草设管网系统中洁净气体处在“亚音速”不稳定流况下这n个不同时刻的流量Q'1、Q′2、Q′3…….Q′n。
16.依据上步求得的n个Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n，求出
再求出洁净气体在草设管网系统内“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值
17.依据第12步求得的洁净气体“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内压力p1′密度ρ1′和钢瓶容积，求出洁净气体“亚音速”不稳定流动过程的泄放量，进而按洁净气体总储量求出“音速”不稳定流动过程泄放量。
18.按照上步求得的洁净气体“音速”释放时间段的泄放质量，“亚音速”释放时间段的泄放质量和第14步，第16步求得的洁净气体“音速”流动时间段的平均流量
“亚音速”流动时间段的平均流量
正确求出洁净气体“音速”释放流动的出流时间t1和“亚音速”释放流动的出流时间t2。
19.将上步求得的t1、t2相加，即为洁净气体从草设管网系统作严重不稳定流动总的释放时间 20.调整草设管网系统大小，可采取增大第13步洁净气体严重不稳定流动曲线中“音速”状况流动直线段长度(即增加“音速”状况释放流动时间段时间)和增大第17步洁净气体“音速”不稳定释放时间段内泄放质量的方法，使洁净气体“音速”状况流动的泄放质量占钢瓶组总储存质量的80％-95％，按顺序重复第7步至本步设计计算，保证最终确定的管网系统几何结构最小，且洁净气体释放流动时间符合国际消防标准ISO/CD14520-1和我国国标GB50370-2005“不得大于60秒”的强制规定。
权利要求
1.一种由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、汇集管、安全阀、歧管、减压孔板、选择阀、主管道、压力开关、各级支管道、三通、弯头、喷头组装而成的洁净气体“音速”释放流动灭火管网系统，其特征在于要按以下顺序、步骤和方法确定管网系统几何结构，保证对同一防护区所确定的管网系统几何结构最小
1.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]对某防护区草设的管网系统进行洁净气体流动时几何结构阻力因素
和动力因素
整合，将复杂管网系统化成等截面当量管道。
2.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[3]求出上步所化等截面当量管道某种洁净气体在其中流动时的临界压力比P*/P1，此即是草设管网系统内某种洁净气体流动时的临界压力比。其中P*为草设管网系统的出口气体流速达到“音速”时出口截面气体的压力；P1为草设管网系统总管道进口气体压力，也即是洁净气体“音速”释放过程中钢瓶内任一时刻的压力。
3.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[4]、公式[5]，求出管网系统喷头初始喷放时刻钢瓶内压力P1、密度ρ1(或温度T1)。
4.依据灭火防护区内大气压值(可以取0.1MPa)与上步求得的P1值，求出0.1/P1的值。比较0.1/P1的值与本权利要求书第2步求得的临界压力比P*/P1值的大小；当P*/P1≥0.1/P1时，说明以总管道进口压力P1为动力的洁净气体流动，处在“音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程分为“音速”流动过程和“亚音速”流动过程；当P*/P1＜0.1/P1时则处在“亚音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程只是“亚音速”流动过程。全部为“亚音速”释放过程的管网系统太大，此时可另行草设几何结构小的管网系统，重复第1步至本步的计算。
5.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[2]和本权利要求书第3步求得的p1、ρ1及本权利要求书第2步求得的P*/P1，求出管网系统初始喷放时刻的最大流量Qmax1；按本权利要求书第2步求得的P*/P1，令P*＝0.1Mpa，求出此时的压力p1′、密度ρ1′(或温度T′1。)，此即为“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内洁净气体的压力、密度。依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用公式[2]和本步求得的p1′、ρ1′(或温度T′1)及本权利要求书第2步求得的P*/P1，求出“音速”不稳定流动过程结束时刻管网系统洁净气体的最大流量Qmax2
6.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]和本权利要求书第2步求得的草设管网系统的临界压力比P*/P1及上步求得的Qmax1、Qmax2，以质量流量Q为纵坐标，以气体进出口压力比P2/P1为横坐标，作草设管网系统中洁净气体进行严重不稳定流动曲线。该曲线由“音速”不稳定流动直线段和“亚音速”不稳定流动曲线构成。明确将洁净气体在草设管网系统中“音速”不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段严格区分开。
7.依据本权利要求书第5步求得的Qmax1、Qmax2和上步洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，求出洁净气体在草设管网系统内“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值
8.按本权利要求书第6步“亚音速”不稳定流动曲线和本权利要求书第2步求得的P*/P1，给出P*/P1至1之间n个P2/P1的值(包括P2/P1＝P*/P1这个点)。这些P2/P1中的P2，均等于大气压0.1Mpa，以此求出每个P2/P1对应的压力P1密度ρ1(或温度T1)，再依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]，求出草设管网系统中洁净气体处在“亚音速”不稳定流况下这n个时刻的流量Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n。
9.依据上步求得的n个Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n，求出
再求出洁净气体在草设管网系统内“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值
10.依据本权利要求书第5步求得的洁净气体“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内压力p1′密度ρ1′和钢瓶组总容积V，求出洁净气体“亚音速”不稳定流动过程的泄放量G′＝ρ′V，进而按洁净气体总储量M求出“音速”不稳定流动过程泄放量G＝M-G′。如果本权利要求书第3步、第5步、第8步未求洁净气体各个时刻的密度，而求的是各个时刻的温度，则本步可以以第3步、第5步、第8步求得的洁净气体各个时刻的压力求出本步的G′/G或G′/M，进而求出G′，G。
11.按照上步求得的洁净气体“音速”释放时间段的泄放质量G、“亚音速”释放时间段的泄放质量G′和本权利要求书第7步、第9步求得的洁净气体“音速”流动时间段的平均流量
“亚音速”流动时间段的平均流量
正确求出洁净气体“音速”释放流动的出流时间
和“亚音速”释放流动的出流时间
将t1、t2相加，即为洁净气体从草设管网系统作严重不稳定流动总的释放时间。
12.调整草设管网系统几何结构大小，可采取增大本权利要求书第6步洁净气体严重不稳定流动曲线中“音速”状况流动直线段长度(即增加“音速”状况释放流动时间段时间)和增大权利要求书第10步洁净气体“音速”不稳定释放时间段内泄放质量的方法，使洁净气体“音速”状况流动的泄放质量占钢瓶组总储存质量的80％-95％，按顺序重复本权利要求书第1步至本步设计计算，保证最终确定的管网系统几何结构最小，且洁净气体释放流动时间符合国际消防标准ISO/CD14520-1和我国国标GB50370-2005“不得大于60秒”的强制规定。
全文摘要
灭火管网系统由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、安全阀、集流管、歧管、减压孔板、选择阀、主管道、压力开关、三通、弯头、各级支管道、喷头组成，灭火时灭火剂洁净气体在管网系统中的释放流动，系可压缩气体管道内有摩擦的不稳定流动，有音速和亚音速两种气体流动本质不同的管网系统。目前国内外企业只能提供洁净气体亚音速状况下释放流动的管网系统，这种管网系统几何结构大而不经济；并且，国内企业确定管网系统大小的技术方法有重大问题，其提供的管网系统对灭火是否可靠有待商榷。本发明解决了洁净气体音速状况出流时如何确定管网系统大小的技术方法，可以提供几何结构最小最经济、灭火最可靠的管网系统。
文档编号A62C35/58GK101773708SQ20091002087
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者朱修治 申请人:陕西中安消防安全设备有限责任公司
技术领域：
本发明涉及建筑消防工程，具体为如何运用气体动力学技术确定洁净气体灭火管网系统的大小，以保证失火时灭火气体能从具有阻力作用的管网系统中在有效灭火时间内释放流出，可靠灭火。管网系统大，阻力作用小，灭火气体流出时间短，对灭火有利；管网系统小，阻力作用大，灭火气体流出时间长，对灭火则不利，甚至导致灭火失败，失去安装灭火管网系统的意义。流动动力一定，灭火气体剂量一定，流动阻力作用的大小决定了灭火洁净气体的出流时间。从灭火安全要求讲，有一洁净气体在灭火管网系统中最大限定的出流时间，因而有一几何结构最小又能保证灭火气体出流时间限定的管网系统。
背景技术：
气体灭火管网系统，由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、安全阀、集流管、歧管、孔板、选择阀、压力开关、主管道、三通、弯头、各级支管道，喷头组装而成，是国家强制限定相关建筑场所必须安装的消防设施。早先储气钢瓶组充装的灭火气体为液化气“哈龙”，因哈龙灭火释放到大气中后对臭氧层的破坏能力大约是氟里昂的3-10倍，我国政府决定全部淘汰“哈龙”灭火剂。哈龙被淘汰后，管网系统充装的环保性能最好的灭火气体，国际消防技术标准和我国政府规定应为大气中的氮气、氩气、二氧化碳或者其混合气体，这种气体，被称为洁净气体。这样管网系统中流动的灭火气体就由不可压缩的液化气变成了单相可压缩气体，流体的流动规律就有了本质上的不同，确定管网系统大小的技术方法也就有了本质上的变化。国际消防技术标准ISO/CD14520-1和我国消防技术规范GB50370-2005均以流动时间作为核心技术指标对洁净气体管网系统的流动技术特性作出要求洁净气体必须在不大于60秒由管网系统释放流出灭火。管网系统应以此技术要求来确定大小，保证灭火的可靠性。按照一定剂量灭火气体出流时间确定管网系统大小的技术方法，均列入各国强制性消防技术标准或规范，确保按其确定的管网系统的大小决定的灭火气体释放时间对灭火可靠。
洁净气体在管网系统中的释放流动，有“亚音速”和“音速”两种规律完全不同的流况。气体“亚音速”流动规律与不可压缩流体流动规律类同，由于对不可压缩流体管道流动规律的认知已相当普及、深刻，在“亚音速”流动范围确定管网系统大小的技术方法比较容易确立，但是按“亚音速”流动确定的管网系统大而不经济；气体“音速”流动规律与“亚音速”流动规律有了本质上的区别，在“音速”流动范围确定管网系统大小的技术方法解决起来较难，但按“音速”流动确定的管网系统最小而且经济，对于管网系统设计制做意义重大。
洁净气体在管网系统中的释放流动，是将钢瓶内储存压力为15MPa或20MPa的洁净气体，经由对流动有阻力的管网系统喷放到背压为大气压0.1Mpa的防护区内，流动压力变化之大早已进入必须考虑气体压缩性的范畴，因而属于可压缩气体管道内严重的不稳定流动。这种不稳定流动，因管网系统的大小不同，气体的流况也不同。当管网系统大到一定程度，洁净气体的全部不稳定释放流动过程，均会在“亚音速”流况下进行；小于这个程度的管网系统，洁净气体的全部不稳定释放流动过程，则分为先期的“音速”流动过程和后期的“亚音速”流动过程，并且这两种规律完全不同的流动过程又都是由同一个管道气体流动方程所描述，那么按该管道气体流动方程确定管网系统大小的技术方法稍有不慎，就会将规律完全不同的两种气体流动混为一谈，将全部流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统混为一谈，确定管网系统大小的技术方法就会有重大漏洞，按照这个有重大漏洞技术方法确定的管网系统对灭火的可靠性就有重大问题。
目前，国际、国内确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法如下 1、由于没有解决可压缩气体在管道中流动达到“音速”如何定量的技术，国际上目前只能在远离“音速”的“亚音速”流动状况下确定洁净气体灭火管网系统的大小，所制作的管网系统大而不经济。
消防界的普遍看法，目前国际上确定洁净气体管网系统大小最先进的技术方法应为美国安素公司，但安素公司对该技术方法严格保密，均是将国外要设计的管网系统拿回美国确定大小，然后再在国外施工制作。可是，根据安素公司宣传透漏的产品信息和技术查新查到的相关内容，我们了解到安素公司并没有解决可压缩气体管道中流动时达到“音速”如何确定管道大小的技术方法。他们的做法是依据管长和管径的不同给出了洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，规定在上限值以下的流量范围，用美国NFPA技术标准12或12A中的气体管道流动方程 ........(一) 确定管网系统的大小。这种方法，实质是只在气体管道“亚音速”流动状况下确定管网系统的大小。技术查新查到的安素公司的技术论文《解决运用IG541惰性气体火灾抑制系统的水力学计算问题》中论述的依据实验所作的两条曲线也说明了这一点，文中论述道“对于一种尺寸管子里调整的最小流量也属于足够的高，保证气体流动完全进入湍流状态，这样对于每一个给定直径的管子，一个恒定的摩擦系数可以被使用；另外一种气体管道流动的最大流量被这种气体流动时管内当地音速所限定，那么，在惰性气体管网系统的管子里，气体最大流量要调整到避免达到‘音速’的阻塞流动状态，然后将灭火气体在管网系统中的流量设定在这两个最大和最小流量之间”，就可以用上述方程(一)进行管网系统中气体流动准确的分析，正确的确定出管网系统的大小。这里所说的惰性气体，就是我们称谓的洁净气体。由于给出了洁净气体管道中流量值的上限值表，安素公司只在气体“亚音速”流动范围确定管网系统的大小的技术方法正确、可靠，不足之处是没有确定出既符合灭火要求，几何结构又最小的管网系统。
美国NFPA技术标准12或12A，安素公司研究洁净气体管网系统中流动的论文，均定性地提出了洁净气体从灭火管网系统释放流动时有“音速”流动问题，但均没有提出流动达到“音速”时如何定量确定管网系统大小的技术方法。
众所周知，美国安素公司就是依靠他们正确解决了洁净气体在管网系统中流动时如何定量确定管网系统大小的技术方法，也就是气体“亚音速”管道流动时管道大小的定量技术方法，他们所确定的管网系统大小对灭火要求正确、可靠，从而几乎垄断了中国洁净气体灭火管网系统市场。
2、国内目前洁净气体管网系统各种设计《规范》中确定管网系统大小的技术方法，是在没有注意到1.不可压缩流体管道流动规律与必须考虑压缩性的气体管道流动规律的本质不同；2.可压缩气体“亚音速”管道流动规律与“音速”管道流动规律的本质不同，不能等同对待的情况下作出的。用这些《设计规范》中规定的洁净气体流动定量技术方法确定的管网系统的大小，不能保证其符合灭火核心技术要求，不能保证其对灭火是可靠的。以下分两种情况说明 其一为陕西省地方DB61/296-2002消防《规范》，该《规范》按不可压缩流体管道流动规律确立可压缩气体流动管道大小的定量技术方法，埋下了有重大漏洞的隐患。按照该《规范》的技术方法，也可以在洁净气体“亚音速”流动状况下正确确定管网系统的大小，但他们必须像美国安素公司那样依据管长、管径的不同给出洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，并规定在上限值以下的流量范围确定管网系统的大小，方能保证自己的技术方法是正确的。可是该《规范》没有这样做。那么，按该技术方法的顺序、步骤，往往管网系统中洁净气体会是在“音速”下流动的，却是按“亚音速”流动技术方法进行计算，计算的结果就会是虚假技术数据，以此虚假技术数据确立的管网系统的大小，当然无法知其是否符合灭火核心技术要求，失火时是否能可靠灭火。
另外该《规范》中描述洁净气体管道流动的两个关键公式4.4.10条公式和4.4.11条公式的问题均比较大。4.4.10条所列描述洁净气体管道流动的公式为 ..........................(二) 公式(二)中，有的流动项按气体绝热过程处理，有的流动项按气体等温过程处理。这种将气体不同的流动过程用在同一个特定流动过程的流动公式上不同流动项的处理方法本身是十分错误的，理论上根本讲不通，实践上更是不存在这个公式描述的气体流况。
4.4.11条所列描述洁净气体流动中温度变化公式 表达的根本就不是洁净气体在管网系统中流动的规律，就不能用在确定管网系统大小的技术方法上。
其二为国家规范GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》，该《规范》所确立的确定洁净气体灭火管网系统大小的顺序、步骤和方法，同样没有注意到气体“亚音速”流动与“音速”流动的规律本质不同，同样按不可压缩流体管道流动规律确立可压缩气体流动管道大小的定量技术方法。那么该《规范》确定管网系统大小的技术方法也只能用在气体“亚音速”流动范围确定管网系统的大小。但是他们同样没有按管长管径的不同给出洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，将自己的技术方法限定在气体“亚音速”流动范围以保证自己的技术方法运用时的正确性。所以，按该技术方法的顺序，步骤同样会出现以虚假技术数据确定管网系统大小的错误。
发明内容
要正确解决如何确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法，我们首先做到了理论突破，进而在理论发明的指导下，对要解决的具体技术问题进行研究，导致了应用发明，技术发明的产生，得出了正确的确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法。现论述如下 1、理论发明 要想正确了解洁净气体在管网系统中释放流动的规律，必须对以气体流动动量微分方程为核心的气体管道流动方程组求解。
气体管道流动方程组为 方程组中Q质量流量；A管道正截面积；τ管道内壁面与流动气体摩擦应力；U管道正截面周长；L管道长度；C常数；K气体流动过程多变指数；ξ实际气体压缩性系数，其值按GB150-98《钢瓶压力容器》附录B求取；R通用理想气体常数；其余压力P、密度ρ、温度T、速度W为管道气体流动技术参数。
求解上述方程组得到以下定解公式组 定解公式组中，字母下标1表示管道上游截面参数；下标2表示管道下游截面参数；λ为流体管道流动阻力系数，层流时
过渡流时
湍流时
Ld为管道流阻当量长度；D为管道内径；p*为管道气体流动达到“音速”截面参数。Ln为自然对数。
定解公式(2)、(3)为第一次从理论上创造性得到的公式。
2、应用发明、技术发明 运用上述气体动力学理论发明，我们对洁净气体从管网系统中严重不稳定出流问题进行了正确分析，对定解公式组由同一方程[1]描述的气体“音速”流动和“亚音速”流动严格明确区分，对全部不稳定流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部不稳定流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统严格明确区分，解决了如何确定管网系统大小的具体技术方法，并导致了最小管网系统，即如何确定“音速”范围流动管网系统技术方法的解决。
我们进行了各种实验，将定解公式组修正改写成符合洁净气体物理性质的气体管道流动公式，过程公式和状态公式。这些公式中，除了实际气体压缩性系数ξ、流体管道流动阻力系数λ的求取直接采用《工程热力学》、《工程流体力学》已有研究成果外，实验证明因洁净气体种类不同、流经管网系统质量不同、管网系统大小不同，K为1＜K＜1.67之间某个值。其余字母为相互决定的管道几何结构参数和管道中流动气体技术参数。
依据上述理论发明和实验验证，我们对洁净气体及其管网系统这个具体工程应用问题进行了研究，得出了如下确定气体灭火管网系统大小的正确技术方法，其顺序、步骤如下 (1)依据公式[1]，我们将复杂的管网系统科学地抽象成了等截面当量管道。
(2)依据公式[3]，我们求出了该复杂管网系统的临界压力比p*/p1，可以准确判断出该复杂管网系统在钢瓶中任一气体状态p1ρ1的作用下，出口背压为大气压0.1MPa时，洁净气体是处在“音速”流动工况还是处在“亚音速”流动工况，将全部流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统严格区分。
(3)依据公式[2]，我们可以求出在钢瓶中气体状态p1ρ1的动力作用下，下游“音速”处压力为p*时，管网系统洁净气体流动达到“音速”时的最大流量Qmax。
(4)依据公式[1]、[2]、[3]，正确地做出了洁净气体在管网系统中不稳定释放流动曲线，将“音速”范围不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段正确区分开。
(5)依据上步洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，正确求出了管网系统“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值与“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值。
(6)用定解公式组，我们正确求出了洁净气体在“音速”不稳定流动时间段的泄放质量与“亚音速”不稳定流动时间段的泄放质量的准确值。
(7)依据上述第(5)、(6)步的结果，我们正确求出了管网系统中洁净气体在“音速”不稳定流动下的出流时间和“亚音速”不稳定流动下的出流时间的准确值。
(8)上述第(7)步“音速”出流时间与“亚音速”出流时间之和即为洁净气体从管网系统进行着严重不稳定流动的总的出流时间。
(9)调整管网系统的部件、管道几何结构参数，重复上述(1)至(8)的设计计算，保证灭火气体释放时间不大于60秒，保证管网系统最小。
四
附图是一个任意结构的固定式洁净气体自动灭火管网系统，图中1储气钢瓶组；2容器阀；3单向阀；4导流管；5集流管；6选择阀；7压力开关；8总管道；9喷头；10各级支管道；11、三通、弯头；12安全阀；13歧管、孔板。
五、具体实施方法 按照以下顺序、步骤和方法确定灭火洁净气体管网系统几何结构的大小，直至达到“音速”释放流动为主的最小管网系统，并按此施工制作安装 1.按15MPa或20MPa确定钢瓶内洁净气体充装压力。
2.在流体力学流体管道流动阻力理论指导下，选取耐压强度合格、阻力系数最小的各种型号、规格的灭火专用阀门、挠性导流管、钢瓶、集流管、歧管、减压孔板、总管道、各级支管道、三通、弯头、喷头。
3.按照灭火防护区体积设计全淹没灭火时需要的洁净气体质量。
4.依据上步和第1步确定钢瓶数量。
5.按照灭火防护区面积和喷头技术参数确定喷头数量。
6.按照灭火防护区和钢瓶储存间的空间相对位置，以以上各步所选零部件及数量草设管网系统。
7.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]对草设的管网系统进行洁净气体流动时几何结构阻力因素和动力因素计算，将复杂管网系统化成等截面当量管道。
8.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[3]求出上步所化等截面当量管道某种洁净气体在其中流动时的临界压力比P*/P1，此即是草设管网系统内某种洁净气体流动时的临界压力比。其中P*为草设管网系统的出口气体流速达到“音速”时出口截面气体的压力；P1为草设管网系统总管道进口气体压力，也即是洁净气体“音速”释放过程中钢瓶内任一时刻的压力。
9.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[4]、公式[5]，求出管网系统初始喷放时刻钢瓶内压力P1密度ρ1。
10.依据灭火防护区内大气压值(可以取0.1MPa)与上步求得的P1值，求出0.1/P1的值。
11.比较上步求得的0.1/P1的值与第8步求得的临界压力比P*/P1值的大小；当P*/P1≥0.1/P1时，说明以总管道进口压力P1为动力的洁净气体流动，处在“音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程分为“音速”流动过程和“亚音速”流动过程；当P*/P1＜0.1/P1时则处在“亚音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程只是“亚音速”流动过程。全部为“亚音速”释放过程的管网系统太大，此时可以按第二步和第六步另行草设几何结构小的管网系统，重复第7步至本步的计算。
12.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[2]和第9步求得的p1、ρ1及第8步求得的P*/P1，求出管网系统初始喷放时刻的最大流量Qmax1；按第8步求得的P*/P1，令P*＝0.1Mpa，求出此时刻的压力p1′，并求出密度ρ1′，此即为“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内洁净气体的压力、密度。依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用公式2和本步求得的p1′，ρ1′及第8步求得的P*/P1，求出“音速”不稳定流动过程结束时刻管网系统洁净气体的最大流量Qmax2 13.依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]和第8步求得的草设管网系统的临界压力比P*/P1及上步求得的Qmax1，Qmax2，以质量流量Q为纵坐标，以气体进出口压力比P2/P1为横坐标，作草设管网系统中洁净气体进行严重不稳定流动曲线，该曲线由“音速”不稳定流动直线段和“亚音速”不稳定流动曲线构成，明确将洁净气体在草设管网系统中“音速”不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段严格区分开。
14.依据第12步求得的Qmax1和Qmax2和上步作出的洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，求出洁净气体在草设管网系统内“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值 15.按第13步“亚音速”不稳定流动曲线，按第8步求得的P*/P1，给出P*/P1至1之间n个P2/P1的值(包括P2/P1=P*/P1这个点)。这些P2/P1中的P2，均等于大气压0.1Mpa，以此求出每个P2/P1对应的P1，再依据本说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]，求出草设管网系统中洁净气体处在“亚音速”不稳定流况下这n个不同时刻的流量Q'1、Q′2、Q′3…….Q′n。
16.依据上步求得的n个Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n，求出
再求出洁净气体在草设管网系统内“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值
17.依据第12步求得的洁净气体“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内压力p1′密度ρ1′和钢瓶容积，求出洁净气体“亚音速”不稳定流动过程的泄放量，进而按洁净气体总储量求出“音速”不稳定流动过程泄放量。
18.按照上步求得的洁净气体“音速”释放时间段的泄放质量，“亚音速”释放时间段的泄放质量和第14步，第16步求得的洁净气体“音速”流动时间段的平均流量
“亚音速”流动时间段的平均流量
正确求出洁净气体“音速”释放流动的出流时间t1和“亚音速”释放流动的出流时间t2。
19.将上步求得的t1、t2相加，即为洁净气体从草设管网系统作严重不稳定流动总的释放时间 20.调整草设管网系统大小，可采取增大第13步洁净气体严重不稳定流动曲线中“音速”状况流动直线段长度(即增加“音速”状况释放流动时间段时间)和增大第17步洁净气体“音速”不稳定释放时间段内泄放质量的方法，使洁净气体“音速”状况流动的泄放质量占钢瓶组总储存质量的80％-95％，按顺序重复第7步至本步设计计算，保证最终确定的管网系统几何结构最小，且洁净气体释放流动时间符合国际消防标准ISO/CD14520-1和我国国标GB50370-2005“不得大于60秒”的强制规定。
权利要求
1.一种由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、汇集管、安全阀、歧管、减压孔板、选择阀、主管道、压力开关、各级支管道、三通、弯头、喷头组装而成的洁净气体“音速”释放流动灭火管网系统，其特征在于要按以下顺序、步骤和方法确定管网系统几何结构，保证对同一防护区所确定的管网系统几何结构最小
1.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]对某防护区草设的管网系统进行洁净气体流动时几何结构阻力因素
和动力因素
整合，将复杂管网系统化成等截面当量管道。
2.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[3]求出上步所化等截面当量管道某种洁净气体在其中流动时的临界压力比P*/P1，此即是草设管网系统内某种洁净气体流动时的临界压力比。其中P*为草设管网系统的出口气体流速达到“音速”时出口截面气体的压力；P1为草设管网系统总管道进口气体压力，也即是洁净气体“音速”释放过程中钢瓶内任一时刻的压力。
3.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[4]、公式[5]，求出管网系统喷头初始喷放时刻钢瓶内压力P1、密度ρ1(或温度T1)。
4.依据灭火防护区内大气压值(可以取0.1MPa)与上步求得的P1值，求出0.1/P1的值。比较0.1/P1的值与本权利要求书第2步求得的临界压力比P*/P1值的大小；当P*/P1≥0.1/P1时，说明以总管道进口压力P1为动力的洁净气体流动，处在“音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程分为“音速”流动过程和“亚音速”流动过程；当P*/P1＜0.1/P1时则处在“亚音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程只是“亚音速”流动过程。全部为“亚音速”释放过程的管网系统太大，此时可另行草设几何结构小的管网系统，重复第1步至本步的计算。
5.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[2]和本权利要求书第3步求得的p1、ρ1及本权利要求书第2步求得的P*/P1，求出管网系统初始喷放时刻的最大流量Qmax1；按本权利要求书第2步求得的P*/P1，令P*＝0.1Mpa，求出此时的压力p1′、密度ρ1′(或温度T′1。)，此即为“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内洁净气体的压力、密度。依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用公式[2]和本步求得的p1′、ρ1′(或温度T′1)及本权利要求书第2步求得的P*/P1，求出“音速”不稳定流动过程结束时刻管网系统洁净气体的最大流量Qmax2
6.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]和本权利要求书第2步求得的草设管网系统的临界压力比P*/P1及上步求得的Qmax1、Qmax2，以质量流量Q为纵坐标，以气体进出口压力比P2/P1为横坐标，作草设管网系统中洁净气体进行严重不稳定流动曲线。该曲线由“音速”不稳定流动直线段和“亚音速”不稳定流动曲线构成。明确将洁净气体在草设管网系统中“音速”不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段严格区分开。
7.依据本权利要求书第5步求得的Qmax1、Qmax2和上步洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，求出洁净气体在草设管网系统内“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值
8.按本权利要求书第6步“亚音速”不稳定流动曲线和本权利要求书第2步求得的P*/P1，给出P*/P1至1之间n个P2/P1的值(包括P2/P1＝P*/P1这个点)。这些P2/P1中的P2，均等于大气压0.1Mpa，以此求出每个P2/P1对应的压力P1密度ρ1(或温度T1)，再依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]，求出草设管网系统中洁净气体处在“亚音速”不稳定流况下这n个时刻的流量Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n。
9.依据上步求得的n个Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n，求出
再求出洁净气体在草设管网系统内“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值
10.依据本权利要求书第5步求得的洁净气体“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内压力p1′密度ρ1′和钢瓶组总容积V，求出洁净气体“亚音速”不稳定流动过程的泄放量G′＝ρ′V，进而按洁净气体总储量M求出“音速”不稳定流动过程泄放量G＝M-G′。如果本权利要求书第3步、第5步、第8步未求洁净气体各个时刻的密度，而求的是各个时刻的温度，则本步可以以第3步、第5步、第8步求得的洁净气体各个时刻的压力求出本步的G′/G或G′/M，进而求出G′，G。
11.按照上步求得的洁净气体“音速”释放时间段的泄放质量G、“亚音速”释放时间段的泄放质量G′和本权利要求书第7步、第9步求得的洁净气体“音速”流动时间段的平均流量
“亚音速”流动时间段的平均流量
正确求出洁净气体“音速”释放流动的出流时间
和“亚音速”释放流动的出流时间
将t1、t2相加，即为洁净气体从草设管网系统作严重不稳定流动总的释放时间。
12.调整草设管网系统几何结构大小，可采取增大本权利要求书第6步洁净气体严重不稳定流动曲线中“音速”状况流动直线段长度(即增加“音速”状况释放流动时间段时间)和增大权利要求书第10步洁净气体“音速”不稳定释放时间段内泄放质量的方法，使洁净气体“音速”状况流动的泄放质量占钢瓶组总储存质量的80％-95％，按顺序重复本权利要求书第1步至本步设计计算，保证最终确定的管网系统几何结构最小，且洁净气体释放流动时间符合国际消防标准ISO/CD14520-1和我国国标GB50370-2005“不得大于60秒”的强制规定。
全文摘要
灭火管网系统由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、安全阀、集流管、歧管、减压孔板、选择阀、主管道、压力开关、三通、弯头、各级支管道、喷头组成，灭火时灭火剂洁净气体在管网系统中的释放流动，系可压缩气体管道内有摩擦的不稳定流动，有音速和亚音速两种气体流动本质不同的管网系统。目前国内外企业只能提供洁净气体亚音速状况下释放流动的管网系统，这种管网系统几何结构大而不经济；并且，国内企业确定管网系统大小的技术方法有重大问题，其提供的管网系统对灭火是否可靠有待商榷。本发明解决了洁净气体音速状况出流时如何确定管网系统大小的技术方法，可以提供几何结构最小最经济、灭火最可靠的管网系统。
文档编号A62C35/58GK101773708SQ20091002087
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者朱修治 申请人:陕西中安消防安全设备有限责任公司
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