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水力驱动自摆式消防水炮射流特性研究

作　者: 梁炬星
导　师: 胡国良
学　校: 华东交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 水力驱动自摆式消防水炮结构设计 Fluent仿真射流特性结构参数喷嘴
分类号: TU998.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着经济社会的不断发展,对消防要求越来越高。消防水炮能够快速高效的消防工具进行灭火,防止火灾蔓延。因此消防水炮在消防灭火中发挥的作用越来越大。而在消防员无法靠近或不能长时间停留的场合,水力自摆式消防水炮能够利用压力水源来驱动消防水炮自摆装置,实现无人操作,能更好的保护消防人员。目前我国研制的自摆消防水炮仍采用传统的经验方法,试制成本居高不下、试制周期长在很大程度上制约着消防水炮的发展,设计出来的自摆消防水炮远不能满足消防需求。因此,对自摆消防水炮的射流研究就显得尤为重要。论文的主要研究内容如下:第一章,介绍了论文研究的背景和意义以及消防水炮的分类和特点,阐述了目前国内外移动式消防水炮的关键技术研究现状和趋势。最后提出了论文研究的内容和研究难点。第二章,在分析国内外水力自摆消防水炮的基础上,设计一种带水力驱动装置的自摆式消防水炮。包括自摆机构、操作机构等主要结构的设计。第三章,利用Pro/E软件建立了水力驱动自摆式消防水炮的内流道模型。借助Fluent软件对消防水炮不同结构参数的内部流场进行了仿真,揭示了结构参数对射流特性的影响,得出了最佳流道结构参数。同时,分析了影响后坐力的因素。第四章,设计了一种能满足直流和喷雾的喷嘴,并建立了喷嘴的结构模型。利用Fluent软件对不同喷嘴开度、内径的选择进行了仿真分析,得出了最佳的喷嘴射流参数。第五章,对水力驱动自摆消防水炮的射流实验,实验结果表明消防水炮满足射流要求。并通过对比实验,表明自摆式消防水炮仿真结果的准确性。第六章,总结了全文研究工作的成果,并分析与展望进一步需要研究的工作和方向。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
主要符号说明  9-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 消防水炮的分类和特点  11-13
  1.3 国内外移动式消防水炮关键技术研究现状和趋势  13-16
    1.3.1 国外移动式消防水炮关键技术研究现状和趋势  13-14
    1.3.2 国内移动式消防水炮关键技术研究现状和趋势  14-16
  1.4 课题主要研究内容  16
  1.5 课题研究的难点  16-17
第二章水力驱动自摆式消防水炮的设计  17-34
  2.1 水力驱动自摆系统设计方案的确定  17
  2.2 水力驱动自摆式消防水炮的基本结构和工作原理  17-18
  2.3 水力驱动自摆式消防水炮主体结构的设计  18-20
    2.3.1 设计参数  18-19
    2.3.2 消防水炮主流道通径的确定  19-20
  2.4 消防水炮自摆机构设计  20-23
    2.4.1 消防水炮的自摆原理  20
    2.4.2 曲柄连杆机构的设计  20-21
    2.4.3 锥齿轮机构的设计  21-22
    2.4.4 滑块定位锁紧机构的设计  22-23
  2.5 消防水炮操作机构设计  23-30
    2.5.1 支脚定位装置的设计  23-25
    2.5.2 手柄操作机构的设计  25-27
    2.5.3 俯仰定位锁紧机构的设计  27-29
    2.5.4 钢珠回转结构  29-30
  2.6 消防水炮的密封  30-31
  2.7 消防水炮的强度校核和理论验算  31-32
    2.7.1 强度校核  31
    2.7.2 出口速度的验算  31-32
  2.8 消防水炮设计结果  32-34
第三章水力驱动自摆式消防水炮数值分析  34-56
  3.1 CFD 简介  34
  3.2 仿真软件的介绍  34-36
  3.3 消防水炮仿真模型的建立  36-39
    3.3.1 湍流模型的选择  36-37
    3.3.2 物理模型的建立  37-39
  3.4 边界条件的设定和数值求解方法  39-40
    3.4.1 边界条件的设定  39
    3.4.2 数值求解方法  39-40
  3.5 仿真结果与分析  40-41
  3.6 结构参数对射流特性的影响因素  41-53
    3.6.1 流道截面对射流特性的影响  41-43
    3.6.2 进口压力对射流特性的影响  43-45
    3.6.3 炮身的通径对射流特性的影响  45-47
    3.6.4 自摆驱动装置对射流特性的影响  47-49
    3.6.5 喷射仰角对射流特  49-50
    3.6.6 整流器对射流特性的影响  50-53
  3.7 最佳优化流道参数的确定  53
  3.8 影响消防水炮后坐力的因素  53-55
  3.9 本章小结  55-56
第四章喷嘴结构参数对射流特性的影响分析  56-64
  4.1 消防水炮喷嘴的分类  56
  4.2 消防水炮喷嘴的设计  56-57
  4.3 喷嘴射流仿真模型的建立  57-59
  4.4 喷嘴不同结构参数对消防水炮射流特性的影响仿真分析  59-62
    4.4.1 喷嘴的内径对射流特性的影响  59-60
    4.4.2 喷嘴开度对射流特性的影响  60-62
  4.5 喷嘴最佳结构参数的确定  62
  4.6 本章小结  62-64
第五章水力驱动自摆式消防水炮射流实验  64-68
  5.1 射流实验系统  64-65
    5.1.1 实验条件和构成  64-65
    5.1.2 实验设备和方法  65
  5.2 水力驱动自摆式消防水炮实验结果分析  65-67
    5.2.1 不同射流仰角下的喷射实验  66
    5.2.2 不同进口压力下的喷射实验  66
    5.2.3 不同喷嘴开度的喷射实验  66-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 主要工作回顾  68
  6.2 课题今后需进一步研究的地方  68-70
参考文献  70-72
附录一三维设计图  72-73
附录二流场仿真图  73-75
个人简历在读期间发表的学术论文  75-76
致谢  76

水力驱动自摆式消防水炮射流特性研究

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