【摘 要】
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在城市化建设过程中,建筑物越来越高,且建筑内部结构复杂,安全隐患十分明显,给消防人员带来了挑战,所以需要提高消防水炮的射流性能,传统的定流量水炮射程近且射流形式单一,只能进行直流射流,而自适应消防水炮能切换直流和喷雾两种射流方式。本文以自适应消防水炮炮头为研究对象,通过对流场进行数值模拟仿真,得到两种射流方式的压力、速度和湍动能的分布规律。并采用正交试验设计与BP神经网络相结合的方法获得最优方案,
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金:新型自适应消防炮流固耦合动力学与协同优化研究,课题编号: 51805468；
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在城市化建设过程中,建筑物越来越高,且建筑内部结构复杂,安全隐患十分明显,给消防人员带来了挑战,所以需要提高消防水炮的射流性能,传统的定流量水炮射程近且射流形式单一,只能进行直流射流,而自适应消防水炮能切换直流和喷雾两种射流方式。本文以自适应消防水炮炮头为研究对象,通过对流场进行数值模拟仿真,得到两种射流方式的压力、速度和湍动能的分布规律。并采用正交试验设计与BP神经网络相结合的方法获得最优方案,优化其射流性能,使其能进一步提高射程。以装载不同纵截面喷芯的三种炮头为研究对象,建立其二维几何模型,考虑到炮头和喷芯的结构参数、环境因素、流体介质的参数等关键因素,确定其多相流模型、湍流模型和网格模型等关键模型,建立直流和喷雾射流的流场仿真模型,并对其进行数值仿真模拟。基于上述结果,分析在相同条件下三种炮头对速度、压力、湍动能和相的分布的影响。通过将正交试验设计与利用BP神经网络强大的非线性映射能力和NSGA-II算法的全局寻优能力相结合,构建了针对消防水炮炮头的多变量多目标协同优化算法,并对其进行分析研究。基于优化结果,通过试验相的方法验证优化结果,由于炮头内部结构复杂,对气密性的要求高,无法安装并准确测量炮头内部的各项指标,通过对自适应消防水炮进行射程试验,测试优化后的水炮的射程试验与优化前的数据互相对比,从而验证优化结果的合理性。
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