[01225082]消防水炮的水力学性能及结构参数优化研究

消防水炮是消防作战中最常用的灭火装备,其基本结构参数及水力学性能是影响消防水炮灭火的关键因素。对消防水炮炮身和喷嘴等机械结构参数对水流出口速度以及压力的影响规律分析可为消防水炮的设计及更新提供理论和实验参考依据。 本项目完成了四种典型固定式和移动式消防水炮的结构设计;创新性地提出了一种采用曲柄摇杆机构驱动炮头摆动的移动式消防水炮、一种采用阀控缸系统作为炮头自摆控制装置的移动式消防水炮、一种可进行直流喷雾转换的消防水炮炮头以及一种可缩短寻的时间的室内大空间灭火装置。 理论计算、仿真分析及试验研究了消防水炮不同机械结构参数的内部流场特性,揭示了消防水炮结构参数对射流特性的影响规律,得出了最佳消防水炮流道结构参数;推导出消防水炮工作压力及喷射流量对射程影响的数学方程。 建立了喷嘴内流场仿真模型。利用Fluent流场仿真软件对喷嘴直流射流和喷雾射流进行了仿真分析,具体分析了喷嘴出口直线段长度、喷嘴出口圆环面积、喷嘴喉管结构以及喷嘴芯结构等结构参数对射流特性的影响,得出了最佳的喷嘴结构参数。 建立了水阀驱动自摆控制系统的数学模型,利用AMESim液压机械仿真软件对水阀驱动自摆控制系统进行仿真分析,得出了自摆控制系统自摆频率和摆动角度与结构参数的关系。 结合消防灭火现场特点,进行了大空间消防灭火系统外射流轨迹特性研究。对水炮炮头出口处的水流轨迹进行了数学建模,推导了射程与俯仰角度的关系式。利用Matlab/Simulink进行了水流轨迹仿真,具体分析了工作压力、俯仰角度、安装高度对射程及水流落地速度的影响规律。 本项目成果经合作厂家江西西河机械厂生产已在全国多个省市地区应用。项目研究在提高我国消防灭火装备设计效率、降低系统生产制造成本、保障人们生命财产安全等方面产生了显著的经济和社会效益。