大射程水炮設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、本文的研究對(duì)象是遠(yuǎn)射程水射流裝置，目的是通過有限元仿真，設(shè)計(jì)出能在性能上超越目前普通水炮水平的射流裝置。遠(yuǎn)程射流在現(xiàn)代社會(huì)中有很大的應(yīng)用前景，主要可用于高層、超高層建筑的消防，反恐，甚至能通過改變空氣密度而達(dá)到反導(dǎo)的目的。
　　 首先，從射流出口的流動(dòng)參數(shù)入手，通過選擇合適的射流初始狀態(tài)參數(shù)，達(dá)到理想的射流效果和射程，并以此選擇合適噴嘴。文中應(yīng)用流體有限元仿真軟件Fluent對(duì)不同射流初始狀態(tài)進(jìn)行VOF(volume of fl

2、uid，流體體積函數(shù)，在流場(chǎng)中的每個(gè)網(wǎng)格，這個(gè)函數(shù)定義為目標(biāo)流體的體積與網(wǎng)格體積的比值。只要知道這個(gè)函數(shù)在每個(gè)網(wǎng)格上的值，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)界面的追蹤。)兩相流模擬，以此作為射流效果評(píng)判的依據(jù)。發(fā)現(xiàn)射流初始速度為20m/s，口徑為150mm的組合有很好射流效果。
　　 其次，利用仿真所得的射流初始條件，進(jìn)行噴嘴的設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的噴嘴屬于圓錐形噴嘴，收縮角14°，口徑與炮管直徑之比為1:2。通過Fluent進(jìn)行噴嘴內(nèi)三維流場(chǎng)的仿真，可

3、以看到在此噴嘴尺寸下，內(nèi)部流場(chǎng)平穩(wěn)，有利于射流性能的提高。
　　 再次，進(jìn)行射流水炮的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立三維實(shí)體模型。射流裝置采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，炮身材料為304不銹鋼。然后，在建立的三維模型上進(jìn)行流場(chǎng)管內(nèi)仿真，查看管內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)狀況，確保流場(chǎng)沒有太大能量損失，并利用理論計(jì)算出進(jìn)出口的動(dòng)壓、靜壓、流速等，與有限元所得的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者所得結(jié)果相差不大。
　　 最后，計(jì)算出射流帶來的后坐力，使用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分