随着社会经济的发展,城市高层建筑、石油化工仓储数量大幅增加,可燃物种类繁多,火灾危险性高,存在较大的安全隐患,极易威胁人身安全,造成经济损失。三相射流消防炮,实现“水系—超细干粉—高压氮气”复合喷射的功能,将水炮射程远、降温吸热和抗复燃性好的优势以及干粉炮灭火效率高的优势结合,满足高效能的灭火需求。三相射流消防炮的核心元件为喷嘴结构,本文通过对喷嘴的结构计算、仿真分析、实验研究等工作,设计一种三相射流消防炮喷嘴结构,并研究其射流性能。首先,介绍课题背景及研究意义,综述了国内外三相射流灭火技术及其消防炮的发展概况和研究现状,重点讨论了三相射流灭火技术在消防灭火领域的巨大优势以及已有的技术进展。提出了本文主要的研究内容与其研究方法。其次,消防炮结构设计及强度校核,并进行结构优化。根据流体力学的相关理论知识,进行消防炮喷嘴结构设计及强度校核,通过喷嘴结构内流场仿真分析,比较出口速度和湍动能,确定其出口直径70mm、整流段长度100mm、收敛角度14°的最佳结构组合方式。然后,对所设计的消防炮结构进行射流性能的仿真分析。水路系统中水射流的两相流流场仿真,分析计算域不同截面上水相体积分数分布和速度分布以及轴线上速度分布,确定水射流流场分布规律。干粉管路及消防炮出口流动状态的流场仿真,分析不同入口干粉体积分数下,计算域不同截面上干粉体积分数分布和速度分布,确定干粉管路流场分布规律;同时仿真分析消防炮出口处氮气对水射流的影响,确定合理的工作参数。最后,根据相似性准则设计并搭建三相射流实验系统,并对水路系统进行实验研究,利用高速相机拍摄射流流场图片,并对其进行图像处理,分析射流中心轨迹、射流水柱直径、最大扩散比、初始段发散角等指标,衡量所设计三相射流消防炮的射流性能。同时将此消防炮模型进行相同条件下的Fluent软件仿真,分析水相体积分数分布、速度分布及中心射流轨迹分布等,将实验与仿真所得的速度、中心射流轨迹进行对比分析,可知在误差允许范围内,可用仿真结果对消防炮性能进行预测,提高射流研究效率,降低研究成本。论文最后对所做工作进行了总结,并对相关的研究技术进行了展望。