基于增强气流动力学的风力灭火与制冷一体化方法与流程

本发明涉及风力灭火与制冷一体化，尤其涉及一种基于增强气流动力学的风力灭火与制冷一体化方法。

背景技术：

1、随着工业化和城市化进程的加快，火灾频发问题日益严重，如何快速、有效地扑灭火灾成为社会关注的焦点。传统的灭火方法如水灭火、化学灭火剂灭火等，虽然在一定程度上能够控制和扑灭火灾，但在大面积火灾或特殊环境火灾中往往存在效率低下、环境污染严重等问题。特别是在森林火灾、化工厂火灾等特殊场合，这些传统灭火方法的局限性更为明显。

2、在现有技术中，传统灭火方法存在以下几个方面的缺陷：

3、1.灭火效率和速度不足：传统灭火方法往往需要较长时间才能控制或扑灭火灾，对于迅速蔓延的大面积火灾难以快速响应。

4、2.对环境的影响：使用大量的水资源或化学灭火剂不仅消耗资源，还可能导致水污染和化学污染，对生态环境造成负面影响。

5、3.应用范围有限：某些特殊场合或火灾类型，如电器火灾、油类火灾等，使用传统灭火方法存在安全隐患或效果不佳。

6、4.安全性问题：在使用化学灭火剂的过程中，可能对灭火人员和周围人群的健康造成威胁。

7、因此，如何提供一种基于增强气流动力学的风力灭火与制冷一体化方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于增强气流动力学的风力灭火与制冷一体化方法。本发明充分利用了气流动力学设计、风力技术与制冷技术的结合，详细描述了如何通过特定形状的风道设计、风速和风向的精确调节以及风力与制冷技术的融合，实现对火源的快速、有效扑灭。本发明具备提高灭火效率和速度、应用范围广泛、环境友好与高安全性等优点。

2、根据本发明实施例的一种基于增强气流动力学的风力灭火与制冷一体化方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、s1、采用特定形状和设计的风道，利用增强的气流动力学原理优化风力生成、导向和分布，使风力能够更有效地直接作用于火源；

4、s2、实施风速控制策略，通过调整风机转速来精确控制风速，适配不同火灾场景下的需求，增强对火焰的扑灭能力；

5、s3、利用气流动力学原理优化风向调整，使风力能以最直接、最有效的方式对准火源进行扑灭；

6、s4、融合风力灭火技术和制冷技术，通过风力快速扩散灭火剂降低火焰强度的同时，启动制冷系统降低火场及其周围的温度，加速火灾的控制与扑灭过程；

7、s5、引入制冷技术作为灭火过程的关键环节，通过冷却气体的快速喷射，进一步降低火场温度，增强灭火效率和速度；

8、s6、采用控制系统根据火灾情况实时调整风力和制冷效率，使制冷空气混合空气温度可控，最优化灭火操作的执行。

9、可选的，所述s1具体包括：

10、s11、选用气动力学优化设计的风道形状，以及形状的组合，减少风阻和涡流，提高风力传递效率；

11、s12、风道内部表面采用光滑处理，减少气流在风道内的湍流度，优化气流速度与方向，确保气流稳定性和准确性；

12、s13、应用气流动力学原理和公式：

13、

14、其中，p表示气压，ρ表示气体密度，v表示气流速度，g表示重力加速度，h表示与参考点的高度差；

15、s14、风道的出口部分设计为可变形结构，能够根据火灾现场的具体情况调整开口大小和方向，实现方式通过机械臂或电子伺服系统控制：

16、

17、δθ＝g(f,d)；

18、其中，δa代表风道出口面积的变化量，表示出口开口大小和方向的调整函数，依赖于火焰的位置角度θ和风向角度δθ代表出口方向调整的角度变化量，g(f,d)是根据火焰强度f和与风道出口的距离d计算出的调整方向的函数；

19、s15、风道设计考虑与风力发生设备的连接效率确保气流在生成、传输过程中能量损失最小，最大限度提高灭火效率：

20、ec＝η·pin/pout；

21、其中，ec代表连接效率，η表示风道和风力发生设备之间的能量转换效率系数，pin是风力发生设备提供的功率，pout是通过风道输出的实际功率。

22、可选的，所述s2具体包括：

23、s21、通过风机转速控制模块实施风速控制策略来精确控制风速：

24、v＝π·d·n/60；

25、其中，v表示风速，d表示风机叶轮直径，n表示风机转速；

26、s22、根据不同火灾场景的特定需求，设置风机转速控制的预设值进行转速调节：

27、n＝n基准+k1·a火+k2·v火；

28、其中，n表示调节后的风机转速，n基准代表不同火灾场景下的基准转速，a火表示火焰覆盖的面积，v火表示火势蔓延速度，k1和k2分别是面积和蔓延速度对转速调节的调节系数；

29、s23、引入环境感应装置，实时收集火场信息，并通过算法调整风机转速：

30、f(n,t,f)＝n0+k·δt+h·f；

31、其中，f(n,t,f)表示调整后的风机转速，n0表示基准转速，k和h分别为温度和火源强度对转速调节的系数，δt表示当前温度与设定阈值的差值，f表示火源强度；

32、s24、通过转速调节实现风速的动态适配来调整风速：

33、v适配＝v基准·(1+c1·i火+c2·r火)；

34、其中，v适配表示适配后的风速，v基准为基准风速，i火表示火灾强度，r火表示火势扩散速率，c1和c2分别是火灾强度和扩散速率对风速调节的影响系数；

35、s25、将风速控制策略与风力灭火及制冷技术的整体优化相结合实现：

36、o＝α·v适配+β·c制冷+γ·r火；

37、其中，o表示灭火操作的综合优化效果，v适配为动态适配后的风速，c制冷表示制冷效能，r火代表火势扩散速率，α、β和γ分别是风速、制冷效能和火势扩散速率对灭火效率影响的权重系数。

38、可选的，所述s3具体包括：

39、s31、部署风向调节系统，该系统采用气动伺服机构或可变几何风道设计，以实现风向的精确控制；

40、s32、采用风向调节：

41、

42、其中,θ表示最终的风向调节角度，x火,y火表示火源的位置坐标，x风,y风表示风力发生器的位置坐标，δ表示由环境因素引入的调整角度；

43、s33、采用动态调整机制，根据实时环境数据调节风向:

44、δ＝k温差·δt+k风偏·δv；

45、其中，k温差和k风偏分别代表温差和风速变化对风向调节角度的影响系数，δt为火源与周围环境温度差，δv为局部风速变化；

46、s34、运用计算流体动力学模拟技术预测风向调节的影响：

47、min(∫ω||v预测-v实际||dω)；

48、其中，目标是最小化预测风速v预测与实际风速v实际在整个控制域ω内的差异；

49、s35、通过高级控制算法协调风速与风向调节，优化灭火效率：

50、max(e灭火＝f(v调整,θ调整))；

51、其中，e灭火代表灭火效率，v调整和θ调整分别表示经过调整的风速和风向，函数f描述了灭火效率与风速、风向之间的关系。

52、可选的，所述s4具体包括：

53、s41、结合风力灭火技术和制冷技术，利用制冷剂在火场的快速扩散和蒸发吸热原理，以降低火焰强度和火场温度：

54、q制冷＝m·cp·δt；

55、其中，q制冷代表制冷量，m代表制冷剂的质量，cp代表制冷剂的比热容，δt代表制冷前后的温差；

56、s42、设计制冷剂喷射系统，通过控制喷射动力学实现精确的制冷剂投放：

57、f喷射＝m·a；

58、其中，f喷射代表喷射力，m代表制冷剂喷射的质量，a代表加速度；

59、s43、采用制冷剂喷射效率：

60、

61、其中，η代表喷射效率，q实际代表实际制冷量，q理论代表理论制冷量，以提升制冷系统的整体效能；

62、s44、实现风力和制冷系统的同步控制调节风力和制冷剂的协同效应：

63、

64、其中，e表示灭火效能，v风表示风速，q制冷表示制冷剂的总喷射量，k1和k2分别为风力和制冷效果的权重系数；

65、s45、通过综合应用环境监测数据和控制算法调整风力和制冷剂的投放策略：

66、f(t环境,v风,q制冷)＝t目标-(t环境-k3·v风-k4·q制冷)；

67、其中，t环境代表环境温度，t目标代表目标温度，k3和k4分别表示风速和制冷剂对环境温度影响的调节系数，确保火场温度有效降低。

68、可选的，所述s5具体包括：

69、s51、通过冷却气体的快速喷射降低火场温度：

70、q冷却＝m冷却·cp冷却·(t初始-t末)；

71、其中，q冷却代表冷却量，m冷却代表冷却介质的质量，cp冷却代表冷却介质的比热容，t初始和t末分别代表冷却前后的温度；

72、s52、制冷系统采用动态控制策略，根据火场温度变化自动调整制冷剂的喷射量：

73、q喷射＝k调节·(t目标-t实际)；

74、其中，q喷射代表制冷剂的喷射量，k调节为温度控制系数，t目标为目标温度，t实际为火场当前温度；

75、s53、优化制冷剂的喷射方式，通过计算最佳喷射角度和分布来增强制冷效果：

76、

77、其中，θ最佳代表最佳喷射角度，d目标代表目标点到喷嘴的水平距离，h喷射代表喷嘴到目标点的垂直高度；

78、s54、整合环境监测系统，实时收集火场周边的数据调整制冷策略：

79、f(t环境,h环境,v环境))＝q调整；

80、其中，f为调整函数，t环境、h环境、v环境分别代表环境温度、湿度、风速，q调整为根据环境条件调整后的制冷剂喷射量。

81、可选的，所述s6具体包括：

82、s61、采用控制系统根据火灾情况实时调整风力和制冷效率，来综合评估和调整风力和制冷的效率：

83、e总＝α·e风+β·e制冷；

84、其中，e总代表总体灭火效率，e风和e制冷分别代表风力和制冷的单独效率，α和β为各自的权重系数；

85、s62、制冷空气混合空气温度的调整：

86、

87、其中，t混合代表混合后的温度，m制冷和m空气分别代表制冷剂和空气的质量，t制冷和t空气分别代表制冷剂和空气的初始温度；

88、s63、风力和制冷系统的同步优化采用反馈控制策略，以确保火场温度接近目标温度：

89、f反馈(e总,t目标)＝k调整·(t目标-t当前)；

90、其中，f反馈代表反馈控制函数，e总为当前总体灭火效率，t目标和t当前分别代表目标温度和当前火场温度，k调整为温度调节系数；

91、s64、实时数据处理和决策制定：

92、d实时＝γ·d环境+δ·d火源：

93、其中，d实时代表实时决策输出，d环境和d火源分别代表环境数据和火源数据的处理结果，γ和δ为决策权重系数；

94、s65、通过算法优化调整风力发生设备和制冷系统的工作模式，以适应复杂多变的火灾场景：

95、m优化＝ψ·m风力+ω·m制冷；

96、其中，m优化代表优化后的工作模式，m风力和m制冷分别代表风力发生设备和制冷系统的初始工作模式，ψ和ω为工作模式调整系数。

97、本发明的有益效果是：

98、(1)本发明通过精确控制增强的气流动力学设计、风速和风向的调节，以及风力与制冷技术的有效融合，实现了对火灾的快速、高效扑灭。与传统灭火方法相比，本发明能够直接作用于火源，显著提高灭火速度和效率，适应不同规模和类型的火灾场景，尤其适合于大面积火灾和高温火灾的快速控制和扑灭。

99、(2)本发明结合了风力和制冷技术，不仅利用风力快速扩散灭火剂，降低火焰强度，同时通过制冷技术进一步降低火场温度，加速火灾的控制与扑灭过程。这种一体化灭火方法能够同时对抗火灾的热量和氧气，提供了一种比传统灭火方法更快、更全面的解决方案。

100、(3)本发明采用的增强气流动力学设计和制冷技术，对环境友好，相比依赖大量水资源或化学灭火剂的传统灭火方法，本发明减少了对环境的负面影响。同时，由于减少了化学灭火剂的使用，也降低了对人员和财产的潜在安全风险，提高了灭火过程的安全性。

101、(4)本发明通过先进的控制系统和算法，实现了风力和制冷系统的精确控制和实时调整，确保在各种火灾场景下都能保持最优的灭火效率。这种智能化的控制不仅提升了灭火操作的精确度和有效性，也增强了灭火系统的适应性和灵活性，能够针对实时火场情况作出快速响应。