一種壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)滅火技術(shù)，具體涉及一種壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角的計(jì)算 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能消防炮是針對(duì)體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、大型倉(cāng)庫(kù)等高大空間場(chǎng)所而專門開(kāi)發(fā)的 一種新型自動(dòng)滅火裝置，其工作原理為：依靠火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)定位系統(tǒng)自動(dòng)探測(cè)火源并進(jìn)行 定位，依據(jù)定位數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)消防炮的姿態(tài)，進(jìn)而精確向火源噴射，達(dá)到"精確打擊，快速滅 火"的目標(biāo)。目前市場(chǎng)上已有的智能消防炮，都是以水為滅火介質(zhì)，故又稱為智能消防水炮 或自動(dòng)尋的消防水炮，這類智能炮主要用于火災(zāi)類型為A類火的場(chǎng)所，而對(duì)于公路隧道、汽 車庫(kù)、機(jī)庫(kù)等存在B類火、A類火及AB類混合火的典型場(chǎng)所，則難以滿足實(shí)際火災(zāi)撲救需求。
[0003] 壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)是一種新型高效滅火技術(shù)，它采用正壓方式將一定比例的 壓縮空氣（或氮?dú)猓┳⑷氲脚菽芤褐?，充分混合后形成壓縮空氣泡沫，通過(guò)管路進(jìn)行輸 送，再經(jīng)壓縮空氣泡沫釋放裝置進(jìn)行噴射釋放。與傳統(tǒng)負(fù)壓吸氣式泡沫相比，壓縮空氣泡沫 具有泡沫均勾、穩(wěn)定性好、滅火效能高、適宜撲救A類火、B類火、AB類混合火等突出特點(diǎn)，因 此具備解決公路隧道、汽車庫(kù)、機(jī)庫(kù)等典型場(chǎng)所火災(zāi)撲救技術(shù)難題的優(yōu)勢(shì)和潛力。但是，目 前壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)主要應(yīng)用在移動(dòng)式壓縮空氣泡沫消防車上，壓縮空氣泡沫釋放裝 置主要包括消防槍與消防炮，操作方式為手動(dòng)，即由人工操控進(jìn)行泡沫釋放和滅火，目前尚 無(wú)壓縮空氣泡沫智能炮自動(dòng)滅火裝置。
[0004] 氣液兩相流的壓縮空氣泡沫與單相流的水完全不同。壓縮空氣泡沫是一種由微溶 性或不溶性的氣體分散于液體中形成的分散體系，并且是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其密度 隨著壓力的變化而變化，這就導(dǎo)致壓縮空氣泡沫在空中的射流軌跡與水的射流軌跡完全不 同?，F(xiàn)有智能消防水炮的自動(dòng)跟蹤定位方法不適用于壓縮空氣泡沫智能炮。為了開(kāi)發(fā)壓縮 空氣泡沫智能炮，確保壓縮空氣泡沫射流能夠準(zhǔn)確地噴射到火源點(diǎn)，亟需建立一種壓縮空 氣泡沫射流俯仰角的計(jì)算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角的 計(jì)算方法。壓縮空氣泡沫智能炮安裝完成后，自動(dòng)監(jiān)測(cè)周圍火災(zāi)情況，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，炮口 對(duì)準(zhǔn)火源完成火源位置定位，控制系統(tǒng)反饋得到此時(shí)炮筒的火源定位角，然后按照射流俯 仰角計(jì)算方法計(jì)算得出壓縮空氣泡沫射流噴射到火源點(diǎn)所需的俯仰角，最后控制伺服電機(jī) 完成炮筒角度的調(diào)整。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種壓縮空氣泡沫智能炮射流 俯仰角的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法有如下步驟：
[0007] 步驟一.初始參數(shù)設(shè)定
[0008] ①.在壓縮空氣泡沫智能炮安裝完成后，讓炮口歸到零位，手動(dòng)測(cè)量炮口到地面 的安裝高度，記為H，單位為米；
[0009] ②.通過(guò)量角儀測(cè)量此時(shí)炮筒與水平面的絕對(duì)夾角，記為α，單位為度，當(dāng)炮筒高 于水平面時(shí)，α為負(fù)值，當(dāng)炮筒低于水平面時(shí)，α為正值；
[0010] ③.壓縮空氣泡沫產(chǎn)生裝置設(shè)定泡沫混合比、水流量Q7ic、空氣流量Qn;
[0011] ④.將炮口到地面的安裝高度Η、絕對(duì)夾角α、水流量Q7ic和空氣流量Q n輸入初始 界面，初始化參數(shù)；
[0012] 步驟二.壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角以及炮口所需調(diào)整角度的計(jì)算
[0013] ①.根據(jù)以下公式，計(jì)算出壓縮空氣泡沫射流的初始速度V。和空氣阻力系數(shù)K :
[0014] 壓縮空氣泡沫液相部分按水的物理特性取值，
[0015] 壓縮空氣泡沫氣液比：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法有如 下步驟： 步驟一.初始參數(shù)設(shè)定 ① .在壓縮空氣泡沫智能炮安裝完成后，讓炮口歸到零位，手動(dòng)測(cè)量炮口到地面的安 裝高度，記為H，單位為米； ② .通過(guò)量角儀測(cè)量此時(shí)炮筒與水平面的絕對(duì)夾角，記為a，單位為度，當(dāng)炮筒高于水 平面時(shí)，a為負(fù)值，當(dāng)炮筒低于水平面時(shí)，a為正值； ⑨.壓縮空氣泡沫產(chǎn)生裝置設(shè)定泡沫混合比、水流量、空氣流量屯t; ④.將炮口到地面的安裝高度H、絕對(duì)夾角a、水流量Ak和空氣流量屯t輸入初始界面， 初始化參數(shù)； 步驟二.壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角W及炮口所需調(diào)整角度的計(jì)算 ①.根據(jù)W下公式，計(jì)算出壓縮空氣泡沫射流的初始速度V。和空氣阻力系數(shù)K: 壓縮空氣泡沫液相部分按水的物理特性取值， 壓縮空氣泡沫氣液比：
式（1)中；^為無(wú)量綱參數(shù)冰流量單^單位為L(zhǎng)/min誼氣流量屯^單位為m3/h; 壓縮空氣泡沫質(zhì)量含氣率：
式（2)中；e為無(wú)量綱參數(shù)；為空氣密度，單位為kg/m3;P為水密度，單位為kg/m3; 根據(jù)公式
得出壓縮空氣泡沫平均動(dòng)力粘度之； 式（3)中；壓縮空氣泡沫平均動(dòng)力粘度占單位為化?S; 為空氣動(dòng)力粘度，單位為 Pa?S;y7k為水動(dòng)力粘度，單位為化?S; 壓縮空氣泡沫平均密度：
式（4)中：壓縮空氣泡沫平均密度P單位為kg/m3; 壓縮空氣泡沫射流初始速度：
式（5)中；V。單位為m/s;d為炮口管徑，單位為m; 雷諾數(shù)：
式做中；R。為無(wú)量綱參數(shù)； 壓縮空氣泡沫射流的空氣阻力系數(shù)：
式（7)中；K為無(wú)量綱參數(shù)； ②.當(dāng)炮口對(duì)準(zhǔn)火源點(diǎn)P時(shí)，控制系統(tǒng)反饋得到此時(shí)炮口的火源定位角0，根據(jù)公式r=a+P和公式X=H/tan(r)計(jì)算炮口的真實(shí)火源定位角r和火源點(diǎn)P距離炮口的水平 距離X; ⑨.根據(jù)壓縮空氣泡沫射流軌跡方程，采用牛頓迭代法求解變量《，迭代初值為《 = 1.1，迭代終止精度為1〇-6,其軌跡方程f(?)及一階導(dǎo)函數(shù)壯（《)為：
式巧）中；火源點(diǎn)距離炮口的水平距離X單位為m;g為重力加速度；
④.判斷變量《是否收斂，若收斂則輸出變量《，執(zhí)行下一步驟；如果不收斂，輸出火 源點(diǎn)距離超出保護(hù)半徑； ⑥.根據(jù)公式0 =arccos(?)和公式0。,= 0 -r計(jì)算出壓縮空氣泡沫智能炮射 流俯仰角0及炮口所需要的調(diào)整角度
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種壓縮空氣泡沫智能炮射流俯仰角的計(jì)算方法。壓縮空氣泡沫智能炮安裝完成后自動(dòng)監(jiān)測(cè)周圍火災(zāi)情況，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，炮口對(duì)準(zhǔn)火源完成火源位置定位，控制系統(tǒng)反饋得到此時(shí)炮筒的火源定位角，然后按照計(jì)算方法計(jì)算得出壓縮空氣泡沫射流噴射到火源點(diǎn)所需的俯仰角，最后控制伺服電機(jī)完成炮筒角度的調(diào)整。本發(fā)明突破了壓縮空氣泡沫這種復(fù)雜流體的自動(dòng)跟蹤、精確定位的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)向自動(dòng)化、智能化方向的發(fā)展，可為公路隧道、汽車庫(kù)、機(jī)庫(kù)等典型場(chǎng)所提供具有“自動(dòng)跟蹤、精確打擊、快速滅火”功能的新型滅火裝備。該計(jì)算方法簡(jiǎn)單有效，數(shù)據(jù)解算復(fù)雜度較低，可以由壓縮空氣泡沫智能炮的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)完成計(jì)算。
【IPC分類】G06F19-00, A62C31-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104784852
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510188460
【發(fā)明人】胡成, 陳濤, 傅學(xué)成, 張憲忠, 包志明, 夏建軍, 靖立帥, 王榮基
【申請(qǐng)人】公安部天津消防研究所
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日