脉冲防暴水炮发射管内气液建模与二维仿真分析

"本文主要探讨了脉冲防暴水炮发射管内部的建模与二维仿真技术。作者旨在优化设计，为外流场研究打下基础，通过建立数学模型来解决发射管内的压力、水柱速度和摩擦力问题。使用商业 Fluent 软件进行了数值模拟，采用 k-ε 模型描述湍流，二维 VOF 模型跟踪气液界面，从而获取气液界面演变、出口速度分布和压力分布等关键数据。研究结果显示，水柱在管内的运动压力是主要因素，重力影响较小，压力梯度主要集中在水柱区域。模拟值与理论计算值吻合良好，可用于模型修正。该研究对于非致命武器设计和水炮外流场研究有指导价值。" 本文是工程技术领域的论文，专注于脉冲防暴水炮这一非致命武器的技术改进。脉冲防暴水炮在处理群体事件时，利用压缩空气驱动高速发射带有刺激剂的水柱，以雾化和扩散的效果来驱散人群。然而，受限于水箱容积和有效射程，提升其性能的关键在于优化内部气液相互作用。 研究中，作者首先构建了一个计算模型，用于分析发射管内的压力、水柱速度和摩擦力。他们利用 Fluent 软件进行二维数值模拟，这是气动热力学领域常用的计算流体动力学工具。k-ε 模型被用来描述湍流现象，这是一种描述湍流流动的统计模型，能够捕捉到复杂流动中的湍流特性。另一方面，VOF (Volume of Fluid) 模型则用于追踪发射管内的气液界面，它可以精确地模拟两相流的动态行为。 通过仿真，研究人员获得了气液界面随时间的变化图像、出口速度的矢量分布以及不同时间点管内对称轴的压力分布。对比理论计算值和模拟值，他们发现水柱在管内的运动压力主导了整个过程，而重力的影响相对较小。在水柱区域，压力梯度显著，这表明此处是关键的物理现象发生区域。模拟结果与理论计算的吻合度较高，证明了模型的有效性，并为进一步的模型修正提供了依据。 这项工作为脉冲防暴水炮的设计优化提供了理论支持，有助于提升水炮性能，同时对外流场的研究也具有参考价值。对于涉及水炮类非致命武器的设计者和研究者来说，这些发现能帮助他们更好地理解和改进此类武器的内部工作机制，以实现更高效、更安全的使用效果。