大射程水炮設計及研究.pdf

1、本文的研究對象是遠射程水射流裝置，目的是通過有限元仿真，設計出能在性能上超越目前普通水炮水平的射流裝置。遠程射流在現(xiàn)代社會中有很大的應用前景，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到反導的目的。
　　 首先，從射流出口的流動參數(shù)入手，通過選擇合適的射流初始狀態(tài)參數(shù)，達到理想的射流效果和射程，并以此選擇合適噴嘴。文中應用流體有限元仿真軟件Fluent對不同射流初始狀態(tài)進行VOF(volume of fl

2、uid，流體體積函數(shù)，在流場中的每個網(wǎng)格，這個函數(shù)定義為目標流體的體積與網(wǎng)格體積的比值。只要知道這個函數(shù)在每個網(wǎng)格上的值，就可以實現(xiàn)對運動界面的追蹤。)兩相流模擬，以此作為射流效果評判的依據(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，進行噴嘴的設計。所設計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進行噴嘴內(nèi)三維流場的仿真，可

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