基于欧拉法的消防水炮射流轨迹模型

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.03.1161

中国安全科学学报 ›› 2024, Vol. 34 ›› Issue (3): 200-205.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.03.1161

基于欧拉法的消防水炮射流轨迹模型

白杨阳¹(), 刘长春¹, 李存英¹, 艾国栋², 刘思齐¹, 宋方智¹

¹ 西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054
² 三一汽车制造有限公司,湖南长沙 410100

收稿日期:2023-09-20 修回日期:2023-12-23 出版日期:2024-03-28
作者简介:
白杨阳 (1998—),男,陕西延安人,硕士,主要研究方向为清洁灭火理论与技术。E-mail:1552727324@qq.com。
刘长春,副教授。
基金资助:
2021年度应急管理部消防救援局科技计划重点研发(2021XFZD01); 陕西省2022年自然科学基础研究计划(2022JM-281); 榆林市2020年科技计划(CXY-2020-032)

Jet trajectory model of fire water cannon based on Euler method

BAI Yangyang¹(), LIU Changchun¹, LI Cunying¹, AI Guodong², LIU Siqi¹, SONG Fangzhi¹

¹ College of Safety Science and Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an Shaanxi 710054, China
² Sany Automobile Manufacturing Co., Ltd., Changsha Hunan 410100, China

Received:2023-09-20 Revised:2023-12-23 Published:2024-03-28

摘要/Abstract

摘要：

为提高消防水炮射流轨迹预测精度,克服基于传统抛体理论描述“初速度不变,射流流量增加致使射程增加现象”所存在的困难,首先采用欧拉法,沿空气中水射流轨迹建立一维的质量守恒方程、轴向动量守恒方程和径向动量守恒方程;然后假设水柱和空气柱的轴向速度分布形状为“礼帽”形,并据此推导分析建立的守恒方程,进而建立消防水炮水射流轨迹计算模型;最后基于3个守恒方程,给出射流轨迹模型的数值计算流程,并与收集的试验数据进行比较验证,结果表明:所建模型的误差不超过10%。

关键词: 欧拉法, 射流轨迹, 消防水炮, 射程, 卷吸空气

Abstract:

In order to improve the accuracy of fire water cannon jet trajectory prediction and overcome the difficulty of traditional parabolic theory to describe the phenomenon that "when the initial velocity is constant, the range increases with the increase of jet flow", first of all, the Euler method was used to establish a one-dimensional mass conservation equation along the trajectory of the water jet in the air, axial momentum conservation equations and the radial momentum conservation equations. Then, assuming that the axial velocity distribution of the water column and air column was in the shape of "bowler hat", the established conservation equations were derived and analyzed, and the fire water cannon water jet trajectory calculation model was established. Finally, based on three conservation equations, the numerical computation process of the jet trajectory model was given and verified with the collected experimental data. The results show that the error of this model is less than 10%.

Key words: Euler method, jet trajectory, fire water cannon, range, entrained air

中图分类号:

X932爆炸安全与防火、防爆

白杨阳, 刘长春, 李存英, 艾国栋, 刘思齐, 宋方智. 基于欧拉法的消防水炮射流轨迹模型[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(3): 200-205.

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图/表 6

图1

图2

表1

表2

表3

图3

参考文献 13

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水枪(炮) 类型	出口流量/ (kg·s^-1)	离地高度/m	出口等效直径/mm	文献来源
加装YST-4NN 型炮头	94.63	0.61	57.15	[11]
加装MST-4NJ 型炮头	75.08	0	50.8	[11]
Elkhart Brass(埃尔克哈特黄铜)型	18.95	0.75	14.36	[12]
Akron Brass (阿密龙黄铜)型	18.95	0.75	14.71
MLQD型水枪	1.895	0.75	5.68
新海龙艏喷	6 263.12	15.7	450	[13]
PS(水炮)20型	27.50	0.75	25.33	[8]
PS30型	41.20	0.75	31.25
PS100型	116.20	0.75	52.48
PS180型	191.50	0.75	67.36
PS200型	212	0.75	70.89

消防枪(炮)类型	仰角/(°)	计算射程/m	实际射程/m	误差/%	计算射高/m	实际射高/m	误差/%
加装YST-4NN 型炮头	30	72.29	79.85	9.47	14.47	15.73	8.10
	45	74.85	72.54	3.18	26.47	26.60	0.49
	60	64.88	62.50	3.81	38.80	39.44	1.62
	75	42.24	40.40	4.55	49.66	51.52	3.61
加装MST-4NJ 型炮头	30	68.10	72.80	6.46	13.48	15.51	13.09
	45	70.34	68.20	3.14	24.98	27.01	7.52
	60	60.98	56.20	8.51	36.81	37.42	1.63
	75	40.00	38.30	4.44	47.37	45.88	3.25
Elkhart Brass型	20	68.19	62.48	9.14	—	—	—
Akron Brass型	20	67.13	61.26	9.58	—	—	—
MLQD型水枪	20	27.46	27.28	0.66	—	—	—
新海龙艏喷	45	164.04	155.2	5.70	54.78	50.5	8.48
PS20型	30	62.93	63.00	0.11	—	—	—
PS30型	30	71.40	72.00	0.83	—	—	—
PS100型	30	97.62	97.20	0.43	—	—	—
PS180型	30	112.59	107.0	5.22	—	—	—
PS200型	30	115.77	113.0	2.45	—	—	—

消防炮名称	出口压力/ MPa	质量流量/ (L·s^-1)	流速系数
普通	0.7	30	0.95
高压喷雾	4.0	6	0.9

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基于欧拉法的消防水炮射流轨迹模型

Jet trajectory model of fire water cannon based on Euler method

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