消防水炮是一种通过喷射高速水流进行灭火的装置。与美国TFT和Akron等国际上知名的消防水炮生产厂家相比,在相同流量条件下,国内企业制造的消防水炮射程近、压力偏高、灭火效果差。自适应消防水炮能够在不同流量条件下自动调节炮口开度,从而对炮头出口水流速度和流场状态进行调节。对自适应消防水炮的自调节机理进行研究,优化其水力学性能,使其在不同流量条件下的射程和工作压力均能达到或优于国标要求,可为提高国内消防水炮产品的核心竞争力提供支持。依据流体力学的经验公式和课题组前期仿真结果确定了自适应消防水炮内部能量损失的计算方法。基于流体力学的三个基本方程,即伯努利方程、连续性方程和动量方程,建立了自适应消防水炮的自调节机理模型,确定了不同流量下炮口开度的计算方法。分析了自适应消防水炮内部能量损失、炮头入口压力和炮口开度随流量变化的规律。在各流量条件下,水炮内部沿程损失均较小,弯管和稳流器位置的局部损失较大,且均随流量的增大而增大。当流量增大时,炮头入口压力增大趋势逐渐加快,而炮口开度增大趋势逐渐减慢。设计了炮口开度测试实验工装,通过理论与实验结果对比,验证了自调节机理模型的正确性,同时为水炮流场仿真提供了初始条件。确定了水炮流场性能的主要评价指标,即流线形式、进出口压差、出口平均湍动能、反作用力和反作用力矩。利用流场仿真方法分析了整流装置对自适应消防水炮流场性能的影响,结果表明同时设置导流板和稳流器时,水炮出口流场环流现象明显减少,进出口压差和出口平均湍动能明显减小。以自适应消防水炮的关键结构,即喷芯形状、稳流器形式和炮头入口流道结构为因素设计了正交试验,确定了三者的最佳组合形式。基于正交试验所确定的自适应消防水炮结构,设计并制造了水炮新样机。实验结果表明,优化后水炮的射程比优化前提高了2.2%以上,某些流量条件下工作压力比优化前有所降低。