發(fā)布時(shí)間：2017-05-12 18:15

  本文關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)射程消防水炮噴嘴設(shè)計(jì)及內(nèi)部流道優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：設(shè)計(jì)遠(yuǎn)射程消防水炮的關(guān)鍵之一在于對(duì)其流道、噴嘴、穩(wěn)流器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),盡可能地減少內(nèi)部流動(dòng)損失,獲得良好的流動(dòng)狀態(tài),從而在相同水炮入口條件下達(dá)到最遠(yuǎn)的射程。本文設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)形式的大流量消防水炮噴嘴——直流式噴嘴和導(dǎo)流式噴嘴,分別對(duì)這兩種消防水炮噴嘴進(jìn)行內(nèi)部流道研究與優(yōu)化。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)課題要求確定消防水炮的性能參數(shù),分別對(duì)大流量直流式消防水炮與導(dǎo)流式消防水炮噴嘴進(jìn)行結(jié)構(gòu)和水力設(shè)計(jì)。結(jié)合ICEM與Fluent軟件對(duì)設(shè)計(jì)的兩種噴嘴進(jìn)行內(nèi)部流場分析,發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的直流式消防水炮與導(dǎo)流式消防水炮的噴嘴在額定工況下工作時(shí)壓力損失較大,出口處速度不穩(wěn)定,這些均會(huì)影響射流效果,縮短消防水炮的射程。故需要對(duì)這兩種消防水炮噴嘴進(jìn)行水力尺寸優(yōu)化。在直流式消防水炮中,穩(wěn)流器的結(jié)構(gòu)形式對(duì)射流效果具有重要的影響;而導(dǎo)流式消防水炮的流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要對(duì)其關(guān)鍵的尺寸組合進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。(2)采用相似理論設(shè)計(jì)小型直流式與導(dǎo)流式消防水炮噴嘴模型,通過試驗(yàn)研究,得到不同仰角與工作壓力下兩種小型消防水炮模型的射流軌跡。結(jié)合單水滴假設(shè)模型與指數(shù)增長模型等阻力模型,采用四階龍格庫塔方法計(jì)算小型消防水炮模型的射流軌跡。通過計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測量值的比較,發(fā)現(xiàn)采用指數(shù)增長的阻力模型的計(jì)算結(jié)果更加符合試驗(yàn)測量值。對(duì)大流量消防水炮的射流軌跡進(jìn)行了計(jì)算,預(yù)測了大流量消防水炮的射程。(3)結(jié)合數(shù)值模擬與響應(yīng)面法對(duì)導(dǎo)流式消防水炮流道的水力尺寸進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。以噴嘴的喉管通徑、喉管長度和喉部收縮角為變量,以出口湍流動(dòng)能最小和出口平均速度最大為目標(biāo),使用拉丁超立方設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)并結(jié)合數(shù)值模擬生成響應(yīng)面近似模型。利用NSGA-Ⅱ算法對(duì)噴嘴流道水力尺寸進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化并得到了帕累托最優(yōu)解集。分析結(jié)果表明:響應(yīng)面模型具有較高的擬合精度,可以提高噴嘴流道的優(yōu)化效率;選取的三個(gè)變量中喉管通徑對(duì)噴嘴的噴射性能影響最大;優(yōu)化之后的出口湍流動(dòng)能和出口速度這兩個(gè)目標(biāo)均優(yōu)于初步設(shè)計(jì)的原始模型。(4)設(shè)計(jì)了截面積近似相等的三種穩(wěn)流器,以穩(wěn)流器占用水炮流道內(nèi)部相同體積、相同表面積這兩種方案,開展了直流式消防水炮在設(shè)計(jì)流量下的內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬研究。采用正交試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,挑選出適合大流量消防水炮的穩(wěn)流器形式。通過內(nèi)部流動(dòng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)水炮不安裝穩(wěn)流器時(shí),出口軸線上的流速增加的少,出口流態(tài)明顯不均勻。水炮加裝三種穩(wěn)流器后產(chǎn)生的總流動(dòng)損失都大約在0.1-0.13MPa范圍內(nèi),穩(wěn)流器區(qū)域產(chǎn)生的流動(dòng)損失約占總損失的55%。對(duì)于截面積相近而截面形式不同的穩(wěn)流器,穩(wěn)流器表面積的影響大于穩(wěn)流器體積的影響。穩(wěn)流器長度尺寸仍需要結(jié)合消防水炮的設(shè)計(jì)尺寸來優(yōu)化,存在合適長度值,達(dá)到該長度后,安放位置對(duì)穩(wěn)流效果的影響不大。
【關(guān)鍵詞】：消防水炮 射流軌跡 數(shù)值模擬 多目標(biāo)優(yōu)化 穩(wěn)流器
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU998.13
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景12
• 1.2 消防水炮分類及特點(diǎn)12-16
• 1.3 消防水炮國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢16-17
• 1.3.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀16
• 1.3.2 國內(nèi)外發(fā)展趨勢16-17
• 1.4 消防水炮國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4.1 消防水炮水力設(shè)計(jì)與優(yōu)化17-18
• 1.4.2 消防水炮穩(wěn)流器設(shè)計(jì)18-19
• 1.4.3 消防水炮射程預(yù)測19
• 1.4.4 射流內(nèi)外流場模擬19-20
• 1.5 本文研究內(nèi)容20-22
• 第二章 大流量消防水炮噴嘴設(shè)計(jì)及內(nèi)部流動(dòng)模擬22-32
• 2.1 大流量消防水炮噴嘴設(shè)計(jì)22-27
• 2.1.1 直流式消防水炮噴嘴設(shè)計(jì)22-24
• 2.1.2 導(dǎo)流式消防水炮噴嘴設(shè)計(jì)24-27
• 2.2 消防水炮內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬27-31
• 2.2.1 三維水體建模27
• 2.2.2 計(jì)算域網(wǎng)格劃分27-28
• 2.2.3 Fluent前處理設(shè)置28
• 2.2.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析28-31
• 2.3 小結(jié)31-32
• 第三章 小型消防水炮模型試驗(yàn)研究及射程預(yù)測32-42
• 3.1 相似理論32
• 3.2 小型消防水炮模型尺寸計(jì)算32-34
• 3.2.1 各物理量參數(shù)縮尺關(guān)系32
• 3.2.2 小型消防水炮模型噴嘴各參數(shù)計(jì)算32-33
• 3.2.3 驗(yàn)證33-34
• 3.3 小型消防水炮模型實(shí)驗(yàn)研究34-38
• 3.3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)34-35
• 3.3.2 射流軌跡測量方法35-36
• 3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析36-38
• 3.4 消防水炮射程預(yù)測38-41
• 3.5 小結(jié)41-42
• 第四章 導(dǎo)流式消防水炮流道尺寸優(yōu)化42-54
• 4.1 消防水炮噴嘴的數(shù)值計(jì)算42-45
• 4.1.1 建立計(jì)算域模型42-43
• 4.1.2 網(wǎng)格劃分與求解器設(shè)置43-44
• 4.1.3 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)44
• 4.1.4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果44-45
• 4.2 響應(yīng)面近似模型45-48
• 4.2.1 設(shè)計(jì)變量45-46
• 4.2.2 最優(yōu)拉丁方設(shè)計(jì)46-47
• 4.2.3 RSM響應(yīng)面近似模型47-48
• 4.3 消防水炮噴嘴多目標(biāo)優(yōu)化48-52
• 4.3.1 NSGA-Ⅱ遺傳算法48-50
• 4.3.2 多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型50
• 4.3.3 優(yōu)化結(jié)果分析50-52
• 4.4 小結(jié)52-54
• 第五章 直流式消防水炮穩(wěn)流器優(yōu)化54-69
• 5.1 穩(wěn)流器結(jié)構(gòu)形式55-56
• 5.2 數(shù)值模擬方案及方法56
• 5.3 不同穩(wěn)流器結(jié)構(gòu)對(duì)比分析56-61
• 5.3.1 出口處軸線速度56-57
• 5.3.2 流動(dòng)參數(shù)對(duì)比57-59
• 5.3.3 斷面速度分布對(duì)比59-60
• 5.3.4 穩(wěn)流器長度及位置60-61
• 5.4 穩(wěn)流器參數(shù)正交試驗(yàn)61-67
• 5.4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>61
• 5.4.2 試驗(yàn)指標(biāo)61-62
• 5.4.3 試驗(yàn)因素及試驗(yàn)方案62-63
• 5.4.4 試驗(yàn)結(jié)果分析63-67
• 5.5 小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-72
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間取得的相關(guān)科研成果77-78

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  本文關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)射程消防水炮噴嘴設(shè)計(jì)及內(nèi)部流道優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：360507