摘要：为优化设计,奠定外流场研究的基础,建立了求解脉冲防暴水炮发射管内压力,水柱速度及摩擦力的计算模型。使用商业Fluent软件对发射管内高压气体冲击水柱进行二维数值模拟,采用k-ε模型描述湍流分布,二维VOF模型追踪发射管内的气液界面。模拟得到了气液界面的演化图像,出口速度矢量分布,以及不同时刻管内对称轴上的压力分布。将所建立模型的理论计算值与模拟值进行比较,分析了两者的吻合情况。仿真结果证明:水柱的管内运动压力起主要作用,重力作用并不明显,压力梯度较大的区域出现在水柱段,模拟值与理论计算值基本吻合,可利用模拟值对计算模型进行修正。所得结论对于水炮类非致命武器的设计及水炮外流场的研究有一定的指导意义。

摘要：研究增大脉冲防暴水炮的有效射程问题,脉冲防暴水炮是用于处置群体性骚乱事件的大型非致命武器装备,在实战中发挥了重要作用。为改善防暴水炮射程和刺激剂雾化效果,就需要对脉冲防暴水炮的运动参数进行优化设计。通过建立数学模型,然后运用FLUENT流体仿真软件进行运动仿真,最后结合Tecplot后期处理软件的分析,得出了初始压力、初始水量、初始射角等运动参数对水炮射程及雾化效果的影响。在综合各种因素的基础上选择出最佳初始压力和最佳水量,仿真效果比较有效,为设计提供了依据。

摘要：作为以刺激剂驱散为主要防暴手段的脉冲防暴水炮,其发射管内的气液湍流运动对于脉冲防暴水炮管外射流及其雾化影响较大,必须进行深入的研究分析。采用二维大涡模拟模型对管内湍流进行了数值模拟,玻璃管内气体撞击水柱的高速摄影实验用于模拟验证。验证表明,大涡模拟较标准k-ε模型能更为准确地描述管内的气液参混,用其进行管内湍流模拟是可行的。为脉冲防暴水炮的数值研究找到了可靠手段,所得结论为水炮的优化设计及变初始边界条件的数值模拟打下了一定基础。

摘要：脉冲防暴水炮射流的非稳态特征和较大的雾场范围,增加了对其雾化特性进行测量的难度。通过分析当前激光雾场测量技术的基本原理和方法,指出粒子图像速度粒径(particle i mage veloci metry and sizing,PIVS)方法适合脉冲防暴水炮射流雾化特性的测量。根据脉冲防暴水炮的射流特点,提出了基于粒子散射、激光片光成像和高速摄影技术的测量方法,并对硬件系统的设计进行了分析,为下一步试验台的搭建提供了理论指导。

摘要：研究防暴水炮优化控制问题。防暴水炮以高压气体作为动力,喷嘴作为射流发射元件。根据警用脉冲防爆水炮的射流特点,设计了拉瓦尔型喷嘴。在VOF和LES模型相结合的基础上,建立了喷嘴的数学模型和物理模型,并采用OpenFOAM软件对近喷口流场进行了数值仿真。通过研究发现拉瓦尔型喷嘴在雾化效果和射程上都能达到很好的效果,并通过对拉瓦尔型喷嘴近喷口流场雾化形态、雾化角、速度云图的模拟、分析,确立了张角为15°和18°之间的喷嘴较为合理,为脉冲水炮的进一步优化提供了借鉴依据。

摘要：为优化装备设计,减少实验投入,采用大涡模拟方法耦合二维非稳态VOF模型对脉冲防暴水炮发射管内及出口段的气液两相射流进行了数值模拟研究。通过搭建实验台对脉冲防暴水炮出口段射流进行了高速摄影实验,并利用高速图像记录系统自带的判读软件对射流出口段的速度值进行了判读,实验所得的射流形状及速度与仿真结果吻合较好。利用仿真方案进行变运动参数的数值模拟,结果表明:初始压力对出口速度影响较大,而初始射角对出口速度大小没有影响,因改变了初始射流方向,导致最大射程有所变化。研究表明较大的初始压力和较小的水量能获得更大的射流出口速度和更少的水炮发射时间。

摘要：关于脉冲防暴刺激剂二次雾化优化控制问题,应研究脉冲防暴水炮刺激剂二次雾化机理。脉冲防爆水炮通过刺激剂雾化后形成的雾幕来达到驱散人群的目的,为达到良好的驱散效果需要对刺激剂雾幕液滴尺寸加以控制。刺激剂液滴的二次雾化过程直接决定了最终雾化液滴的尺寸分布,由于脉冲防暴水炮气液射流范围很大,且小颗粒较多,传统的高速摄像方法难以研究液滴的二次雾化过程。为解决上述问题,提出通过大涡仿真(LES)和流体体积函数(VOF)相耦合的方法对水炮气液两相流场液滴雾化过程进行仿真。仿真结果表明:二次雾化过程中,当液滴从射流本体剥落后,存在多种雾化形式。空气动力对二次破碎影响最明显,液滴之间的碰撞过程中也起到促进作用。利用R-T不稳定理论能较好分析防暴水炮刺激剂二次雾化过程,对脉冲防暴水炮优化设计及雾化特性分析具有实际参考价值。

摘要：为提高脉冲防暴水炮的最大射程,改善射流结构,设计了一种新型的喷嘴堵头,利用高速摄影和数码拍摄技术实验研究了有无堵头情况下的射流形状,分析了堵头对射流雾化的影响。所设计的堵头能在注水时防止水外溢,获得了更为工整的射流结构,对射流的集束作用较为明显,射流最大有效射程较原来提高15m。堵头的存在对出口段射流的一次雾化有促进作用,是影响水炮性能的关键因素之一。

摘要：为优化装备设计,奠定气液射流雾化研究的基础,对脉冲防暴水炮气液两相射流进行了实验研究。采用4种模拟方案对实验工况进行数值模拟,得到大涡模拟方法耦合二维非稳态隐式的VOF方法可以对高速气液两相射流进行较好的描述,所得结果与实验结果吻合较好。展开变动力参数和结构参数的数值模拟,结果表明:初始压力和初始水量对水炮性能影响较为明显,较短的炮管长度可以促进射流雾化,较长的炮管长度可以增加最大有效射程。

摘要：射流出口速度值是影响脉冲防暴水炮技术性能的敏感因素,为研究不同结构气嘴对射流出口速度的影响,采用CFD技术数值研究了三种不同入口面积气嘴的二维流场,其中大涡模拟方法和二维非稳态的VOF模型被用于描述气嘴流场的湍流分布和追踪管内外的气液界面,研究发现过大或过小的气嘴入口面积都会减慢水炮的发射过程,不同的气嘴结构对于初始时刻的射流形状是没有影响的,但因改变了管内的气液参混过程,从而导致对射流的一次和二次雾化产生不同影响。