高速催泪射流轨迹分析及抗风性能实验研究

目的探究高速催泪射流轨迹和外界风环境对催泪剂着靶性能的影响。方法通过搭建高速射流瞬态采集和抗风性能测试平台,系统研究射流动态特征及抗风性能,并与现行单警催泪喷射器进行对比。结果高速催泪喷射器射流初始直径达5.5mm,呈较为规整的柱状,初始速度达138.9m/s。在1m处,射流中心仍有明显的集束状,周围出现空泡现象,速度降为88.3 m/s。在3 m处,射流轨迹呈发散的胶丝状,速度降为42.9 m/s。单警催泪喷射器射流在0.2、1、3 m处的速度分别为7.9、20.7、7.5 m/s,射流在前进过程中逐渐分散成小颗粒状的液珠,并在3 m处出现整体轨迹向下偏移。在抗风性能上,使用模拟人体上躯干600mm×900mm靶标(瞄准脸部),在0~4级侧向风作用下,高速催泪喷射器射流的着靶率为85.2%~57.4%,中心侧向偏移小于10cm,而单警催泪喷射器射流着靶率为78.8%~4.2%,中心侧向偏移超过20cm。结论相比单警催泪喷射器,高速催泪喷射器的射流轨迹具有良好的集束性和定向性,射流速度整体更高,同时在抗风性能方面也具有明显优势。另外,射流轨迹特征对其抗风稳定性起到了关键作用。

基于欧拉法的消防水炮射流轨迹模型

为提高消防水炮射流轨迹预测精度,克服基于传统抛体理论描述“初速度不变,射流流量增加致使射程增加现象”所存在的困难,首先采用欧拉法,沿空气中水射流轨迹建立一维的质量守恒方程、轴向动量守恒方程和径向动量守恒方程;然后假设水柱和空气柱的轴向速度分布形状为“礼帽”形,并据此推导分析建立的守恒方程,进而建立消防水炮水射流轨迹计算模型;最后基于3个守恒方程,给出射流轨迹模型的数值计算流程,并与收集的试验数据进行比较验证,结果表明:所建模型的误差不超过10%。

压缩空气泡沫射流轨迹研究

根据质点运动学、弹道学和流体力学的原理建立压缩空气泡沫射流轨迹方程,介绍方程中关键参数的确定方法。在压缩空气泡沫射流实测曲线轨迹基础上对方程进行修正。在两种泡沫状态、不同角度下进行喷射试验,经验证修正后的方程计算出的轨迹曲线与实测曲线拟合度较高。

消防炮水射流轨迹拟合方程

根据质点运动学、外弹道学等理论,在消防炮水射流实测轨迹曲线基础上,推导出消防炮射流轨迹方程束。其核心是将消防水炮的相关工作参数融入该方程,并据此方程进行了消防炮性能分析。经实验验证表明其可靠性,为消防炮参数数据库的建立提供了理论依据。

基于粒子群矢量搜索融合的射流轨迹识别方法

为解决消防炮射流轨迹识别受到摄像头晃动或背景变化的影响,从而导致定位精度降低的问题,提出了一种将矢量搜索法和粒子群算法相融合的射流轨迹识别方法。结合矢量搜索法和粒子群算法在射流轨迹识别中的特点,给出了融合算法中矢量搜索法和粒子群算法的对应关系、粒子点初始位置设置和适应度值计算方法以及迭代求解流程和射流落水点确定方法。实验结果表明,本方法实现了对消防炮射流轨迹的识别定位,图像背景环境变动对结果影响较小,可实现摄像头晃动或背景变化情况下的射流轨迹查找,轨迹搜索的效率和准确性优于单向搜索等方法。

基于多轨迹矢量搜索的射流轨迹识别方法

射流轨迹识别通过图像处理方法识别消防炮射流的运行轨迹,是智能消防炮系统的重要环节。在使用过程中消防炮射流分叉、高亮度背景和背景晃动会对射流轨迹识别产生重大影响。为解决射流轨迹识别效率低的问题,提出一种新的射流轨迹识别方法。给出多轨迹矢量搜索法的搜索模式,设置多轨迹搜索起点和搜索方向,根据多轨迹矢量搜索原理,设定轨迹点搜索成功及搜索结束的条件,提出射流落水点位置的识别、抗干扰处理及后续处理步骤。实验结果表明,该方法在高亮度背景和图像背景晃动干扰的情况下,可实现对消防炮射流轨迹的高效识别与定位,结果优于背景减除法和单向搜索法。

室内大空间自动寻的喷水灭火系统水射流轨迹分析

室内大空间自动寻的喷水灭火系统是一种大空间建筑智能消防灭火装备。本文设计了一种室内大空间自动寻的喷水灭火系统,并对其结构组成和工作原理进行了阐述。根据质点运动学、弹道学和流体力学的原理,建立了水射流轨迹方程,利用MATLAB/Simulink进行了仿真建模,具体分析了工作压力、俯仰角度及安装高度对水流射程及落地速度的影响。结果表明设计的自动寻的喷水灭火系统能满足设计要求,建立的水射流轨迹方程也符合实际需要,为火源空间的精确定位提供了理论参考依据。

基于MATLAB的消防炮射流轨迹研究

通过对消防炮射流微元体进行受力分析,得到了各种环境影响因素作用下的射流轨迹运动方程。运用MATLAB中的Runge-Kutta算法对方程组进行计算,并且编写ODE45模拟程序进行仿真,得到了在各组不同实验测试参数条件下对应不同俯仰角的射流轨迹模拟仿真图。将模拟仿真与实验测量数据进行对比分析表明:俯仰角小于60°时的射流轨迹模拟仿真结果较正确,对灭火时迅速定位降低反应时间和提高灭火的效率有重要的意义。

消防水炮射流轨迹图像的分割与识别算法研究

提出了一种基于改进OSTU法和区域生长相结合的消防水炮射流轨迹图像的分割与识别算法。首先对OSTU法进行改进,快速确定射流轨迹差分图像的最佳分割阈值,再用区域生长法分割得到可能的目标区域。对消防水炮喷射水流的形态特征进行了研究和分析,并以此为判据对可疑目标区域进行判断,最后识别出真正的射流轨迹。实验结果表明:该算法在不同光照条件、背景情况下,基本可以摒除干扰物,准确识别目标,且处理速度较快。

多孔错流喷射混合器内液体射流轨迹线

利用平面激光诱导荧光测试技术对多孔错流喷射混合器内液体混合过程进行了研究,考察了操作条件(射流速度比r、混合流股Reynolds数ReM)和混合器的结构参数(射流小孔直径d、孔径管径比d/D、射流小孔个数n)对射流轨迹线的影响。结果表明,混合流股Reynolds数对射流轨迹线影响较小,射流速度比和混合器的结构参数是影响射流轨迹线的主要因素。建立了射流轨迹线的数学模型,并利用实验结果回归了模型参数。模型预测的液体混合过程射流轨迹线与实验结果基本吻合。

自动消防水炮性能参数对射流轨迹的影响

针对影响自动消防炮射流轨迹的几个主要性能参数,如压力、喷嘴流量、俯仰角、安装高度等进行了试验研究,分析各个参数对射流轨迹影响的规律。测试远程喷射过程中的水流轨迹形态,使用MATLAB对测试曲线进行拟合以弥补后台数据的不足。从工程调试的角度对自动消防水炮系统喷射误差的成因进行分析,提出了提高喷射精准度的方案和解决思路。

消防炮射流轨迹图像分步逐级筛选方法

在基于逐点搜索的计算机视觉智能消防系统的消防炮射流轨迹的识别中,围绕多起点搜索技术搜索射流轨迹后筛选最优轨迹的问题,鉴于已有筛选方法寻优能力和抗干扰能力不强,提出了一种分步骤的逐级筛选寻优方法。采取分步处理方式,第一步进行基础筛选,采取两种不同来源的信息并行进行基础筛选,保留优质的轨迹的同时,去除完全不符合射流特征或偏差很大的轨迹;第二步根据粒子群算法的适应度寻优思想和射流轨迹本身的特点,设置适应度值计算规则,再根据适应度值的计算结果,进行筛选择优,使整个筛选方法有较强的可靠性和对环境有较好的适应性,并已在visual studio平台下实现,为智能消防系统的轨迹搜索提供了一种较为理想的筛选方案。

消防水炮射流轨迹理论模型研究

消防水炮射流轨迹的准确预测是实现其智能化的基础,同时也是其快速有效地扑灭A类火灾的重要保证。针对现有消防水炮射流轨迹拟合准确性有待进一步提高的问题,从质点运动学和外弹道学理论出发,考虑水射流在飞行过程中的破碎现象,建立了同时考虑截面积修正系数和角加速度修正系数的空气阻力模型。结合牛顿第二定律,建立了射流微元体的动力学微分方程,并采用四阶Runge-Kutta方法对微分方程组进行了求解。由理论模型所确定的射流轨迹与实际水射流轨迹吻合较好,且二者的射程与射高的误差均在2%以内,验证了所建立动力学微分方程的准确性。本研究可为消防水炮的智能控制提供理论支持。

红外图像中水炮射流轨迹的提取

夜间低照度背景下,为了实现水炮对海面可疑目标的精确驱离,需要对水炮发射的射流轨迹进行提取。通过红外热像仪返回的红外图像中,射流轨迹、空气、海水、驱离目标等灰度信息互相干扰,因此在提取射流轨迹曲线前需要对图像进行基于频域分析的预处理滤波。对灰度图像逐行扫描并标记高频中心点,连接标记的相邻点成独立曲线,可以得到较为平滑的射流轨迹曲线与干扰曲线集合。对得到的曲线集合进行基于位置、方位角、轨迹长度、凹凸性、灰度等特征的筛选,确定满足射流轨迹特征的曲线并分析轨迹落点。实验结果表明,使用该图像处理方法提取射流轨迹的实时性和准确性都较为理想。

隧道灭火机器人的结构设计及射流轨迹分析

针对隧道内复杂的火灾环境,设计了一种隧道内悬挂式轨道灭火机器人。该机器人的喷头部分由两个步进电机驱动,采用双重旋转方式进行火点定位。其中,喷头在水平方向的旋转采用二级齿轮减速机构,在垂直方向的旋转采用三级齿轮减速机构。基于牛顿第二定律建立了射流轨迹微分方程,运用龙格库塔算法对微分方程进行仿真求解,并模拟分析了不同俯仰角、工作压力及风速风向对射流轨迹的影响。结果表明,建立的水体射流轨迹微分方程符合实际情况,可以为实际灭火工作提供理论依据。

彩色图像中射流轨迹提取算法的研究

提出了一种基于RGB三色差的彩色图像中消防水炮射流轨迹的提取算法。首先在已知射流起点情况下向四周进行24个方向的扫描,确定射流的方向为米字形的8个方向之一,然后在此方向上执行双线扫描探测,直到满足某一阈值条件或到达图像的边界。实验结果表明,该算法在复杂背景下能准确完整地提取消防炮射流轨迹,算法的适应性较强。

基于图像处理的低速横流中液体射流轨迹提取方法研究

为研究低速横流条件下不同工况液体射流破碎的轨迹特征和影响因素,采用高速摄像仪拍摄射流破碎图像,结合图像处理技术提出针对低速横流情况下液体射流破碎弯曲轨迹的提取方法。该方法首先采用直方图均衡化对灰度化后的原始图像进行增强处理,然后利用最佳直方图熵法(KSW法)及传统遗传算法对图像进行二阈值分割,最后结合Sobel算子和凸包算法对射流轮廓进行检测提取以获得射流轨迹的数据点集。对不同工况下典型射流破碎模式的轨迹提取及非线性拟合结果表明,所提出的方法能够准确提取液体射流轨迹,实现低速横流作用下不同破碎模式的轨迹提取,并且通过非线性拟合得到的射流破碎经验公式可以准确预测射流弯曲轨迹。

烟雾遮挡下的射流轨迹识别研究

针对浓烟雾遮挡导致消防炮射流轨迹图像识别效果不佳的情况,提出了一种烟雾遮挡下的射流轨迹识别方法。通过混合高斯背景建模对射流和烟雾等运动目标进行提取并进行预处理。使用前段射流轨迹识别方法识别前段射流轨迹,该识别方法包括两次判断过程:第一次判断:以相邻列灰度值为255的点的数量是否发生剧增判断是否发生烟雾遮挡,保留未遮挡部分;第二次判断:计算保留部分中每一列像素值为255的点的中点坐标,并判断中点坐标是否具有上升趋势。建立射流轨迹方程,并使用前段射流轨迹进行修正,使用轨迹方程代替烟雾遮挡部分的射流轨迹。实验证明,此方法具有良好的识别效果。

倾斜单孔射流轨迹与速度分布的研究

本文采用实验和数值模拟的方法,在吹风比分别为0.5、1.0、1.5、2.0的情况下,研究了圆柱单孔二次射流的贴壁性及速度分布。通过对比不同截面位置的流动轨迹和速度分布,发现圆柱孔射流流场的速度分布与圆柱扰流流场的类似。射流出口的最大速度并不位于射流孔中心位置,u值也不是在射流孔中心位置最高。

基于微元体动力学的压缩空气泡沫射流轨迹研究

压缩空气泡沫喷射轨迹是影响泡沫灭火效能的关键因素之一。针对目前缺乏准确的泡沫射流轨迹模型的问题,基于质点运动学、流体力学、外弹道学理论,并结合试验数据对参数修正,提出压缩空气泡沫经消防水炮喷射轨迹的理论预测模型。采用四阶Runge-Kutta算法对泡沫射流微元体动力学微分方程进行求解,利用MATLAB软件进行泡沫射流理论轨迹仿真,探究不同参数对射流理论轨迹的影响。选择特定工况分别进行仿真和试验研究,对比发现:理论模型所预测的射流轨迹与实际泡沫射流轨迹基本吻合,故所建动力学微分方程较为准确,可为压缩空气泡沫在举高车辆的实战应用提供理论依据。