一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法，属于消防设备技术领域。本发明专利技术技术通过向消防用水中添加表面活性剂，同时在水带内表面涂覆疏水涂层，实现供水系统双重减阻。该技术的具体实现方法是：利用分子模拟分别获得表面活性剂、涂层及表面活性剂

【技术实现步骤摘要】
一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法


[0001]本专利技术涉及一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法，属于消防设备


技术介绍

[0002]火灾是目前世界上多发性灾害中发生频率较高的一种灾害，不仅会导致物质财产损失，威胁人员生命健康，甚至会破坏生态平衡，造成不良的社会政治影响。随着物质社会不断发展，火灾危险性扩大，导致火灾事故频发，安全、高效的消防工作成为减少火灾损失，保障社会稳定的重点。消防供水系统是消防救援工作的重要保障，消防用水以生活饮用水为主，供水不足会导致救援工作受阻，火灾损失严重，甚至会威胁救援人员的生命安全。消防水带是消防供水系统中重要的组成部分，每节消防水带长度一般规定为20
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25米，水流通过水带时，由于受到沿程阻力影响，引起能量损失，流体总量沿流程减少。因此，消防供水系统减阻不仅对于争分夺秒的消防工作具有重要意义，而且还能有效节约水资源，避免资源浪费。
[0003]消防供水系统减阻常见的形式有：一方面，增加疏水涂层。水带涂层一般是在水带织物层外表面涂覆PU、丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯等涂层，这些材料通过提供较低的表面能和一定的粗糙结构来提高水在材料表面的静态接触角，提高水带的耐老化性能、耐磨性能和防水性能，保证水或其他灭火材料的输送畅通。另一方面，加入疏水表面活性剂。表面活性剂由亲水基团(头部)和疏水基团(尾部)两部分构成，当其溶解在水中时，可定向排列在界面处，补偿界面的不饱和力场，从而降低接触界面的表面张力，达到疏水功能。疏水涂层和表面活性剂已在消防领域得到广泛应用，但现存疏水涂层和表面活性剂纷繁复杂，针对性较弱。此外，消防供水系统的减阻作用大多通过单一材料实现，未能在疏水涂层和表面活性剂之间建立有效关联，共同发挥减阻作用。因此，方便快捷的筛选疏水材料，构建疏水涂层和表面活性剂双重减阻的复合体系，能够有效提高消防救援效率，降低火灾危害。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的不足，专利技术一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法。本专利技术可以实现方便、快捷的筛选复合体系中疏水涂层和疏水表面活性剂材料，解决水流阻力影响消防供水系统流量及扬程的问题，改善消防供水系统性能，进而有效提高消防救援效率。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术技术的具体实现方法步骤如下：
[0006]步骤1，构建分子模型。确定多种表面活性剂和涂层分子基本化学信息，基于Materials Studio 8.0分子模拟软件，以相对分子质量为统一标准，利用Visualizer和Forcite模块分别构建并优化现有分子模型；
[0007]步骤2，吸附模拟。基于蒙特卡洛方法构建基体模型，依据各分子层结构参数添加对应数量水分子，并利用Sorption模块模拟水分子吸附，得到各体系平均水分子吸附量、吸
附能、吸附位点、吸附间距等参数；
[0008]步骤3，筛选表面活性剂分子材料和涂层分子材料。根据平均水分子吸附量，分别筛选出多种表面活性剂分子材料和涂层分子材料，平均水分子吸附量越小则疏水性能越好。所选疏水涂层材料应具有无毒无害、质量较轻等特点，表面活性剂材料应具有易溶于水、可阻燃等特点；
[0009]步骤4，筛选减阻体系。将步骤3中优选的表面活性剂、涂层材料两两复配，得到多种减阻体系，基于分子模拟，构建并优化表面活性剂
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涂层分子模拟体系，计算各体系平均水分子吸附量，筛选性能优良的减阻体系；
[0010]步骤5，接触角测试实验验证。以聚氨酯材料为基底，根据各涂层材料制备工艺，涂覆同等厚度的疏水涂层，测试并对比不同涂层表面与蒸馏水、不同溶液与聚氨酯表面以及各减阻体系的静态接触角与滑动角，计算不同溶液接触角θ的降低百分比，以验证分子模拟的可行性，进而确定性能最优的减阻体系。
[0011]本专利技术所述的消防供水系统双重减阻技术通过改善消防供水的表面张力和消防水带本体材料的疏水性能，实现消防水带的双重减阻，进而改善了消防供水系统的扬程、流量等性能。该技术为改善消防设备性能提供理论基础，实现高效快捷、低成本的筛选减阻体系，提高消防救援的效率，有效节约水资源，具有实际应用价值和现实意义。
[0012]作为本专利技术的一种技术方案，所述实现方法步骤1中表面活性剂和涂层分子结构的构建方法包括：基于Materials Studio软件，在Visualizer模块中绘制分子模型。在COMPASS分子力场下选择Forcite模块中的smart minimizer方法优化现有分子模型，并在NVT和NPT系综下对模型进行退火动力学计算，以克服分子结构能垒；
[0013]作为本专利技术的一种技术方案，所述实现方法步骤2中应用蒙特卡洛方法构建基体模型包括：根据步骤1中得到的分子优化模型，选择Materials Studio软件中的Amorphous Cell模块添加周期性边界条件，在边界条件下进行分子晶胞的结构优化和退火动力学计算，得到与实际密度相近的分子晶胞密度，以此为依据建立含有多个分子的聚集体。
[0014]作为本专利技术的一种技术方案，所述实现方法步骤4中减阻体系的构建方法包括：选择Materials Studio软件中的Build Layers将涂层分子层模型和水分子超晶胞合并，并在水分子层中加入表面活性剂分子。对构建完成的减阻体系进行Smart Minimizer优化和退火动力学计算。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的工艺流程图。
[0016]图2是本专利技术技术涉及消防供水系统的结构示意图。包括1
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水带编织层，2
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水带衬里，3
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水带疏水涂层。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文结合附图和具体实施方法对本专利技术做详细说明。
[0018]参照图1，实施本专利技术的一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法；参照图2，本专利技术技术的具体实现方法涉及的消防供水系统的结构示意图。
[0019]步骤1，构建分子模型。确定多种表面活性剂和涂层分子基本化学信息，包括分子式、密度、聚合度、相对分子质量等。基于Materials Studio 8.0分子模拟软件的Visualizer模块绘制分子模型。在COMPASS分子力场下选择Forcite模块中的smart minimizer方法优化现有分子模型，并在NVT和NPT系综下对模型进行退火动力学计算，以克服分子结构能垒；
[0020]根据步骤1中得到的分子优化模型，添加周期性边界条件，在边界条件下进行分子晶胞的结构优化和退火动力学计算，得到与实际情况最符的分子晶胞密度。基于蒙特卡洛方法，在Materials Studio软件中的Amorphous Cell Construction模块中建立含有5个分子的聚集体。
[0021]步骤2，吸附模拟。利用构建完成的分子聚集体，以相对分子质量10万或100万为统一标准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法，其特征在于，该技术提出在消防用水中添加表面活性剂，同时在消防水带内表面涂覆疏水涂层，实现消防供水系统双重减阻。2.根据权力要求1所述的一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法，其特征在于，具体实现方法是利用分子模拟分别获得表面活性剂、涂层及表面活性剂
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涂层体系的平均水分子吸附量，并通过接触角测试实验验证，筛选性能最优的减阻体系。3.根据权力要求1所述的一种用于消防供水系统双重减阻的技术及实现方法，其特征在于，该方法的具体步骤包括：步骤1，构建分子模型。确定多种表面活性剂和涂层分子基本化学信息，基于分子模拟，以相对分子质量为统一标准，分别构建并优化现有分子模型；步骤2，吸附模拟。依据各分子层表面积添加对应数量水分子，并进行水分子吸附模拟，得到各体系平均水分子吸附量；步骤3，筛选表面活性剂分子材料和涂层分子材料。根据平均水分子吸附量筛选表面活性剂分子材料和涂层分子材料，平均水分子吸附量越小则疏水性能越好。所选疏水涂层材料应具有无毒无害、质量较轻等特点，表面活性剂材料应具有易溶于水、可阻燃等特点；步骤4，筛选减阻体系。将(3)中优选表面活性剂、涂层材料两两复配，得到多种减阻体系，基于分子模拟，构建并优化表面活性剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟筠青，王婕，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：