消防炮理论与设计

薛林
应急管理部(原公安部)上海消防研究所研究员，党委书记，
兼应急管理部消防救援局上海火灾物证鉴定中心主任，消防
应急救援装备应急管理部重点实验室主任，入选中组部首批
“万人计划”、“国家新世纪百千万人才工程”、国家中青年科
技创新领军人才、公安部“十大公安科技英才”、全国公安
系统二级英模，享受国务院政府特殊津贴和公安部特殊津贴。
主要从事灭火救援装备技术、消防作战与训练、消防安全规
划与风险评估等方面的研究，主持和参与国家及省部级科研
项目80余项，编制国家及行业标准、规范20余部，获国
家及省部级科技奖16项(其中国家奖3项)。

●1绪论001
1.1研究背景和意义001
1.2国内外消防炮发展概况004
1.2.1消防炮的基本概念004
1.2.2国内外消防炮产品概况005
1.2.3我国消防炮配备使用情况008
1.2.4国内外消防炮比较008
1.3消防炮研究现状009
2消防炮射流基础理论与结构设计017

2.1消防炮射流基础理论017
2.2消防炮结构设计019
2.3消防炮试验台架及PIV系统025
3消防炮炮座回转结构与内部流动034
3.1炮座回转结构设计034
3.2炮座内部流动计算036
3.2.1炮座内流场数值模拟的数学模型及边界条件036
3.2.2炮座经济管径（经济流速极限值）设计038
3.3炮座内部流动数值模拟比较分析043
3.3.1三种炮座出口及内部流态数值模拟分析043
3.3.2大回转结构炮座内流场的二次流分析及内部流动062
3．4炮座内导流片对流场参数的影响067
3．4．1导流片长度影响068
3．4．2导流片偏移位置影响070
3．5炮座的PIV试验及与数值模拟对比073
消防炮炮管段整流性能080
4．1炮管整流器设计080
4．2整流器整流性能分析和对比083
4．2．1炮管整流性能研究的数学模型、边界条件及比较方案083
4．2．2整流器体积相同时的整流性能对比084
4．2．3整流器过流表面积相同时的整流性能对比092
4．2．4整流器设置在炮管直管段中段时的整流性能对比094
4．2．5整流器等筋板壁厚的整流性能对比095
4．2．6整流器的经济长度098
4．2．7整流器对出口直段区流速的影响099
4．2．8整流器在炮管内不同安放位置对整流性能的影响102
4．2．9水炮出口仰角对整流性能的影响103
4．2．10整流器进出口倒角对整流性能的影响103
4．2．11多整流器对整流性能的影响105
4．3整流器整流性能影响因素的正交试验分析106
4．4整流器对压力脉动的效果分析114
消防炮喷嘴性能118
5．1喷嘴的设计118
5．1．1喷嘴结构选型118
5．1．2喷嘴出口直径的设计121
5．1．3喷嘴收缩段的收缩角124
5．1．4喷嘴出口直管段的长径比128
5．2喷嘴内流场的大涡模拟129
5．2．1大涡模拟理论129
5．2．2喷嘴模拟方案133
5．2．3大涡模拟结果分析137
5．3喷嘴湍流特性分析151
5．3．1湍流强度分布。t52
5．3．2雷诺应力分布。155
5．3．3贵嘴内湍流拟序结构157
5．4喷嘴内部流场PIV试验159
消防炮外部射流特性’164
6．1射流的稳定性：164
6．2射程的计算方法169
6．3射高的计算方法176
6．4射流的最优仰角179
6．5射流的轨迹181
6．5．1射流轨迹的数学模型181
6．5．2射流轨迹模型中系数的确定：[84
6．5．3风对水炮射流轨迹的影响189
6．6射流的水滴分布193
6．6．1水滴粒径及水量分布的测试方法：193
6．6．2水滴分布试验与分析195
消防炮试验研究与工程应用200
7．1消防炮喷射试验研究200
7．1．1消防炮基本性能参数200
7．1．2消防炮喷射试验结果205
7．1．3消防炮喷射试验结果分析208
7．2消防炮工程应用设计原则216
7．2．1消防炮的应用特点216
7．2．2消防炮的选型与设计原则217
总结与展望225
8．1研究总结225
8．2主要创新230
8．3展望232
参考文献233