CN111054004A - 一种举高喷射消防车喷射自动控制方法 - Google Patents

一种举高喷射消防车喷射自动控制方法 Download PDF

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张佳庆
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Abstract

本发明公开了一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，通过位于消防炮喷口的流量传感器获取喷口流量值qv0；经过工程流体力学的圆形断面的自由紊流射流公式算得射流截面轴心线上的速度vm；通过位于消防炮口的摄像头测量射流转折截面半径RT、孔口宽度bhole；通过距离传感器测得孔口距消防炮孔口距离Lhole‑WM；将上述测量值代入物理学带有空气阻力的斜抛运动公式，即可解得喷射角度α。本发明克服现有人工指挥方式不够迅速、准确且易受干扰的不足，能够降低对观测条件的依赖，在火势过大的情况下，解决指挥人员的视野受到来自火灾烟气的遮蔽、指挥及操作人员受到火灾热辐射的威胁的问题。能够为举高喷射消防车实现完全自动化扑救火灾提供技术基础。

Description

一种举高喷射消防车喷射自动控制方法
技术领域
本发明属于消防设备设施领域，具体涉及一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，适用于需要从构筑物顶部开口通过举高消防车扑救的火灾。
背景技术
举高喷射消防车包含举高臂结构，且顶端装有消防炮，能够轻松从高空向下喷射灭火剂，相比较于传统喷射消防车，其使用条件更加灵活，喷射角度的选择更加自由。
随着经济社会的发展，高层建筑逐渐增多，高层建筑发生火灾的机率也越来越大。举高喷射消防车能够通过高层建筑外窗进行火灾的扑救。此外，一些户外大型输变电设备为达到环保要求，通常设置一个由隔音板、支撑框架组成的BOXIN降噪结构系统。一旦结构内部发生火灾，外部消防手段受到隔声降噪结构的遮挡，难以作用在结构内部火源，往往使得火势难以控制。为解决这种问题，考虑采用举高喷射消防车从顶部洞口进行扑救。
现阶段举高喷射消防车一般采取人工指挥的方式，但是这种控制方式需要有良好的观测条件，并且在火势过大的情况下，指挥人员的视野受到来自火灾烟气的遮蔽，指挥及操作人员受到火灾热辐射的威胁，难以对举高喷射消防车的喷射角度进行迅速准确的判断。
发明内容
本发明的目的是针对目前举高喷射消防车的喷射控制方法，克服现有人工指挥方式不够迅速、准确且易受干扰的不足，以距离传感器、流量传感器及工程流体力学计算方法为基础，提供了一种计算速度快、人员安全性高甚至无需人为干预的举高喷射消防车的喷射自动控制方法。
本发明通过以下技术方案来实现：一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，包括以下步骤：
步骤(1)、通过位于消防炮喷口的流量传感器获取喷口流量值qv0，则射流初始流速
Figure BDA0002311994990000011
Figure BDA0002311994990000012
其中，R0为消防炮喷口内半径；
步骤(2)、通过位于消防炮口的摄像头测量射流转折截面半径RT，根据相似三角形定理，
Figure BDA0002311994990000021
对于S0，有
Figure BDA0002311994990000022
则有
Figure BDA0002311994990000023
射流转折截面轴心线上的速度
Figure BDA0002311994990000024
Figure BDA0002311994990000025
其中，θ为射流扩散角；
步骤(3)、根据抛射体运动轨迹方程，通过分离变量方法，可得抛射体在空气中运动的总时间
Figure BDA0002311994990000026
代入抛射体射程公式
Figure BDA0002311994990000027
Figure BDA0002311994990000028
即可得到抛射体射程；其中，t1为射流通过喷口到达射流转折截面所需时间，m为射流微元质量，k为抛射体运动参数，ymax为射流竖直方向运动距离；
步骤(4)、通过比对距离传感器测得孔口距消防炮孔口距离Lhole-WM与抛射体射程的关系，可以求得举高喷射消防车消防炮的合适喷射角度，从而完成举高喷射消防车喷射的自动控制。
其中，射流扩散角θ为一般为28°。
本发明原理在于：一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，通过位于消防炮喷口的流量传感器获取喷口流量值qv0；经过工程流体力学的圆形断面的自由紊流射流公式算得射流截面轴心线上的速度vm；通过位于消防炮口的摄像头测量射流转折截面半径RT、孔口宽度bhole；通过距离传感器测得孔口距消防炮孔口距离Lhole-WM；将上述测量值代入物理学带有空气阻力的斜抛运动公式，即可解得喷射角度α。本发明克服现有人工指挥方式不够迅速、准确且易受干扰的不足，能够降低对观测条件的依赖，在火势过大的情况下，解决指挥人员的视野受到来自火灾烟气的遮蔽、指挥及操作人员受到火灾热辐射的威胁的问题。能够为举高喷射消防车实现完全自动化扑救火灾提供技术基础。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、高层建筑或户外大型输变电设备发生火灾事故时，举高喷射消防车可迅速准确地通过顶部的开口实施扑救，解决现有人工指挥喷射的缺点，为外部救援的开展提供保障。
2、能够降低对观测条件的依赖，在火势过大的情况下，解决指挥人员的视野受到来自火灾烟气的遮蔽、指挥及操作人员受到火灾热辐射的威胁的问题。
3、能够为举高喷射消防车实现完全自动化扑救火灾提供技术基础。
附图说明
图1为消防炮喷射参数示意图；
图2为举高喷射消防车从结构顶部开口扑救火灾的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述，该实施例仅用于本发明的解释，并不构成对本发明保护范围的限定。
本发明一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，包括如下步骤：
(1)通过位于消防炮喷口的流量传感器获取喷口流量值qv0；
(2)经过工程流体力学的圆形断面的自由紊流射流公式算得射流截面轴心线上的速度vm；
(3)通过位于消防炮口的摄像头测量射流转折截面半径RT、孔口宽度bhole；
(4)通过距离传感器测得孔口距消防炮孔口距离Lhole-WM；
(5)将上述测量值代入物理学带有空气阻力的斜抛运动公式，即可解得喷射角度α。
为了详细地介绍本发明的内容，下面对一些概念进行阐述或者定义：
定义一：自由紊流射流：从管嘴或孔口喷射出的一束流体,由于脱离了原来限制它流向的管子,在空间中继续做扩散运动,流体的这种流动称为自由射流,工程技术中遇到的一般都是紊流,称为自由紊流射流。a为反映喷嘴形式的系数，对于圆形截面喷管，其值一般取0.07。根据实验结果分析，射流扩散角θ≈28°，有x＝3.4a/R。圆形断面的自由紊流射流公式
Figure BDA0002311994990000031
Figure BDA0002311994990000032
；转折截面至射流极点的距离为
Figure BDA0002311994990000033
根据积分整理及实验修正，
Figure BDA0002311994990000034
Figure BDA0002311994990000035
定义二：斜抛运动：物体以一定的初速度斜向射出去，在空气阻力可以忽略的情况下，物体所做的这类运动叫做斜抛运动。物体作匀变速曲线运动，它的运动轨迹是抛物线。
定义三：空气阻力模型：在低速情况下，常用的空气阻力模型有(a)空气阻力与速度的一次方成正比；(b)空气阻力与速度的平方成正比两种，根据前人实验研究及理论分析，当物体的速度低于200m/s时，可认为阻力与物体速度大小的平方成正比。
定义四：抛射体运动方程：当空气阻力与速度平方成正比时，由运动学公式和牛顿第二定律，可以写出抛射体的运动轨迹方程。通过分离变量等数学处理方法，可得抛射体在空气中运动的总时间
Figure BDA0002311994990000036
代入抛射体射程公式
Figure BDA0002311994990000037
Figure BDA0002311994990000038
即可得到抛射体射程。
如图1-2所示，本发明一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，包括如下步骤：
第一步：通过位于消防炮喷口的流量传感器获取喷口流量值qv0，则射流初始流速
Figure BDA0002311994990000041
Figure BDA0002311994990000042
其中，R0为消防炮喷口内半径。
第二步：通过位于消防炮口的摄像头测量射流转折截面半径RT，根据相似三角形定理，
Figure BDA0002311994990000043
对于S0，有
Figure BDA0002311994990000044
则有
Figure BDA0002311994990000045
射流转折截面轴心线上的速度
Figure BDA0002311994990000046
Figure BDA0002311994990000047
其中，θ为射流扩散角，一般为28°。
第三步：根据抛射体运动轨迹方程，通过分离变量等数学处理方法，可得抛射体在空气中运动的总时间
Figure BDA0002311994990000048
代入抛射体射程公式
Figure BDA0002311994990000049
Figure BDA00023119949900000410
即可得到抛射体射程。其中，t1为射流通过喷口到达射流转折截面所需时间，m为射流微元质量，k为抛射体运动参数，ymax为射流竖直方向运动距离。
第四步：通过比对距离传感器测得孔口距消防炮孔口距离Lhole-WM与抛射体射程的关系，可以求得举高喷射消防车消防炮的合适喷射角度，从而完成举高喷射消防车喷射的自动控制。

Claims (2)

1.一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、通过位于消防炮喷口的流量传感器获取喷口流量值qv0，则射流初始流速
Figure FDA0002311994980000011
Figure FDA0002311994980000012
其中，R0为消防炮喷口内半径；
步骤(2)、通过位于消防炮口的摄像头测量射流转折截面半径RT，根据相似三角形定理，
Figure FDA0002311994980000013
对于S0，有
Figure FDA0002311994980000014
则有
Figure FDA0002311994980000015
射流转折截面轴心线上的速度
Figure FDA0002311994980000016
Figure FDA0002311994980000017
其中，θ为射流扩散角；
步骤(3)、根据抛射体运动轨迹方程，通过分离变量方法，可得抛射体在空气中运动的总时间
Figure FDA0002311994980000018
代入抛射体射程公式
Figure FDA0002311994980000019
Figure FDA00023119949800000110
即可得到抛射体射程；其中，t1为射流通过喷口到达射流转折截面所需时间，m为射流微元质量，k为抛射体运动参数，ymax为射流竖直方向运动距离；
步骤(4)、通过比对距离传感器测得孔口距消防炮孔口距离Lhole-WM与抛射体射程的关系，可以求得举高喷射消防车消防炮的合适喷射角度，从而完成举高喷射消防车喷射的自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种举高喷射消防车喷射自动控制方法，其特征在于，射流扩散角θ为一般为28°。
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