一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，包括含多個可移動門和滑軌的火旋風(fēng)發(fā)生裝置，以及熱釋放速率測定裝置，熱釋放速率測定裝置包括集煙罩、煙道、氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計。該測量系統(tǒng)可以模擬不同開口寬度、不同燃料形式火旋風(fēng)現(xiàn)象，還可以通過各種測量元件能夠準(zhǔn)確地測定火旋風(fēng)發(fā)生發(fā)展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規(guī)律。
【專利說明】
一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]火旋風(fēng)是一種常見于森林和城市火災(zāi)中的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)對流火災(zāi)現(xiàn)象，具有燃燒速率高、燃燒劇烈、火焰溫度高等特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外研究人員通過狹縫式和旋幕式兩種火旋風(fēng)模擬裝置對火旋風(fēng)進(jìn)行實(shí)驗研究，研究內(nèi)容主要集中在火旋風(fēng)的誘發(fā)機(jī)制、燃燒速率、火焰高度以及溫度場分布等方面，在理論和實(shí)驗方面都取得了一定的成果。但由于缺乏相應(yīng)的實(shí)驗裝置，對火旋風(fēng)的熱釋放速率以及燃燒效率的研究幾乎為空白，缺乏對不同環(huán)境條件(壓力、氧濃度等)下，不同工況(進(jìn)氣量、開口寬度及油盤尺寸等)火旋風(fēng)燃燒效率的定量分析，因此對火旋風(fēng)的燃燒效率特性方面缺乏的全面而深入的了解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]為了彌補(bǔ)現(xiàn)有實(shí)驗裝置在熱釋放速率及燃燒效率測量方面的不足，本發(fā)明提供一種火旋風(fēng)熱釋放速率測定裝置。
[0005](二)技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明提供一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，包括:
[0007]火旋風(fēng)發(fā)生裝置，包括多個可移動門和滑軌，還包括油盤或燃料射流口，其中，
[0008]所述可移動門圍繞火旋風(fēng)發(fā)生裝置進(jìn)行設(shè)置，并通過滑軌進(jìn)行開合；
[0009]所述油盤或燃料射流口設(shè)置于火旋風(fēng)發(fā)生裝置內(nèi)部；
[0010]熱釋放速率測定裝置，包括集煙罩、煙道、氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計，其中，
[0011 ]所述集煙罩的一端罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部，另一端與煙道連接；
[0012]所述煙道內(nèi)布置氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計。
[0013]優(yōu)選的，所述可移動門圍繞火旋風(fēng)發(fā)生裝置等間距設(shè)置，門的個數(shù)為4-12個。
[0014]優(yōu)選的，所述滑軌布置在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部和下部，所述可移動門沿上部和下部的滑軌進(jìn)行開合。
[0015]優(yōu)選的，下部的滑軌上或者其下部還安裝有標(biāo)尺。
[0016]優(yōu)選的，所述集煙罩的一端開口方向與另一端開口方向垂直，且罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的一端開口大于火旋風(fēng)發(fā)生裝置開口。
[0017]優(yōu)選的，所述氣體分析儀為煙氣分析儀環(huán)形取樣裝置，環(huán)設(shè)在所述煙道內(nèi)。
[0018]優(yōu)選的，所述熱釋放速率測定裝置還包括變速軸流風(fēng)機(jī)，其設(shè)置于所述煙道中靠近集煙罩的位置上。
[0019]優(yōu)選的，所述熱電偶為鎧裝熱電偶。
[0020]優(yōu)選的，所述孔板流量計沿著煙道的軸線布置，且包括取樣小孔，取樣小孔的開設(shè)方向與氣流方向相反。
[0021]優(yōu)選的，所述氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計按照逐漸遠(yuǎn)離煙道與集煙道接口的位置設(shè)置。
[0022](三)有益效果
[0023]通過上述技術(shù)方案，可以看出本發(fā)明的有益效果在于:
[0024](I)該系統(tǒng)可以模擬不同開口寬度、不同燃料形式(油池燃燒或射流燃燒)或火源尺寸火旋風(fēng)現(xiàn)象；
[0025](2)該系統(tǒng)還可以通過各種測量元件能夠準(zhǔn)確地測定火旋風(fēng)發(fā)生發(fā)展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規(guī)律。
[0026](3)通過將將火旋風(fēng)模擬裝置與熱釋放速率測定裝置相結(jié)合，能夠通過調(diào)節(jié)火旋風(fēng)燃燒的各參數(shù)，測定不同進(jìn)風(fēng)量和火源尺寸條件下燃料的熱釋放速率。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是發(fā)明實(shí)施例的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)俯視結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖中零部件分別為:
[0030]1.可移動門， 2.滑軌，3.油盤或燃料射流口，
[0031]4.集煙罩，5.煙道，6.氣體分析儀，
[0032]7.變速軸流風(fēng)機(jī)，8.熱電偶，9.孔板流量計。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。
[0034]下述參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。
[0035]參見圖1-2各視圖所示，根據(jù)本發(fā)明的總體構(gòu)思，提供一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，包括:火旋風(fēng)發(fā)生裝置和包括多個測量單元的熱釋放速率測定裝置，該裝置不僅能夠?qū)嶒災(zāi)M不同工況的火旋風(fēng)現(xiàn)象，而且能夠準(zhǔn)確地測定火旋風(fēng)發(fā)生發(fā)展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規(guī)律。
[0036]以下將對本實(shí)施例的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)的火旋風(fēng)裝置以及熱釋放速率測定裝置以及相應(yīng)測量單元進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，火旋風(fēng)發(fā)生裝置包括多個可移動門I和滑軌2，還包括油盤或燃料射流口 3?；鹦L(fēng)裝置的作用在于產(chǎn)生不同開口寬度、不同燃料形式以及不同工況的火旋風(fēng)，需要通過上述部件的共同配合。
[0038]其中，可移動門I圍繞火旋風(fēng)發(fā)生裝置進(jìn)行設(shè)置，并通過滑軌2進(jìn)行開合?？梢苿娱TI可在滑軌2的任意停留，從而產(chǎn)生了不同的開口，相應(yīng)外部氣流大小也相應(yīng)改變。所述可移動門I可圍繞火旋風(fēng)發(fā)生裝置等間距設(shè)置，門的個數(shù)為4-12個，優(yōu)選的為4個，例如設(shè)置四個門，則圍成一個四面柱狀空間。優(yōu)選的，可移動門I的材料為耐火焰高溫的材料，優(yōu)選的為不銹鋼或者鋼化玻璃，進(jìn)一步優(yōu)選的為鋼化玻璃材料。對于可移動門I的形狀根據(jù)火旋風(fēng)發(fā)生裝置的外部輪廓而定，在于跟其輪廓匹配，方便進(jìn)行開合。優(yōu)選的為矩形、扇形或者正方形，進(jìn)一步優(yōu)選的為矩形，所述尺寸例如可以為40cmX 10cm0
[0039]其中，滑軌2設(shè)置為便于可移動門I進(jìn)行開合。可選的，如圖2所示在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部和下部均開設(shè)有滑軌2，滑軌2的數(shù)量可以為可移動門的2倍，或者在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部和下部開設(shè)圍繞整個裝置的整體滑軌?？梢苿娱TI嵌入滑軌2中，沿著上部和下部的滑軌2進(jìn)行開合。優(yōu)選的，所述滑軌2的材料優(yōu)選的為鋼或者鋼化玻璃，進(jìn)一步優(yōu)選的為鋼材料。
[0040]優(yōu)選的，下部的滑軌2上或者其下部還安裝有標(biāo)尺，用于測量可移動門I的開合寬度。
[0041]其中，所述油盤或燃料射流口3設(shè)置于火旋風(fēng)發(fā)生裝置內(nèi)部，用于提供穩(wěn)定的火焰源。優(yōu)選的，油盤或燃料射流口 3位于火旋風(fēng)發(fā)生裝置的中央位置，更利于產(chǎn)生火旋風(fēng)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參見圖1所示，熱釋放速率測定裝置，包括集煙罩4、煙道5、氣體分析儀6、熱電偶8和孔板流量計9，其中，所述集煙罩4的一端罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部，另一端與煙道5連接;所述煙道5內(nèi)布置氣體分析儀6、熱電偶8和孔板流量計9。熱釋放速率測定裝置布置為通過各種測量元件能夠準(zhǔn)確地測定火旋風(fēng)發(fā)生發(fā)展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規(guī)律。
[0043]其中，集煙罩4用于收集燃燒煙氣，其一端開口方向與另一端開口方向垂直，且罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的一端開口大于火旋風(fēng)發(fā)生裝置開口，兩個開口方向優(yōu)選的成垂直關(guān)系，其中，與集煙罩4與煙道5連接的開口與水平方向垂直。集煙罩4罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置開口的下部尺寸略大于滑軌2尺寸，使其可以倒扣于上部的滑軌2上。
[0044]其中，煙道5為中空結(jié)構(gòu)，以供高溫?zé)煔馔ㄟ^，優(yōu)選的煙道截面為圓形或者方形，進(jìn)一步優(yōu)選的煙道截面為正方形(例如尺寸為IlcmX Ilcm)，煙道內(nèi)布置的各測量元件以不影響煙道氣流為限。
[0045]其中，煙氣分析儀6設(shè)置于煙道5內(nèi)部，主要測量氧氣、二氧化碳以及一氧化碳濃度。優(yōu)選的，在煙道的各部件中其離集煙罩4與煙道5的接口處距離最短(優(yōu)選的為距離接口處70cm)。優(yōu)選的，煙氣分析儀為煙氣分析儀環(huán)形取樣裝置，其環(huán)設(shè)在煙道5內(nèi)。
[0046]其中，熱釋放速率測定裝置還可以包括變速軸流風(fēng)機(jī)7，其設(shè)置于所述煙道中靠近集煙罩4的位置上。與煙氣分析儀6的位置相比，其在煙道5的離集煙罩4與煙道5的接口處距離稍遠(yuǎn)(例如為90cm)。變速軸流風(fēng)速7應(yīng)保證煙氣流量不小于0.024m3/s。
[0047]其中，熱電偶8用于測量煙氣的實(shí)時溫度。優(yōu)選熱電偶8其設(shè)置于所述煙道5的軸線位置。與變速軸風(fēng)機(jī)7的位置相比，其在煙道5的離集煙罩4與煙道5的接□處距離稍遠(yuǎn)(例如位于煙氣分析儀6后端25cm) ο
[0048]優(yōu)選的，所述熱電偶8為鎧裝熱電偶，其外徑大小1-1.6mm。
[0049]其中，孔板流量計9用于測量流量，該流量計探頭測量的模擬信號通過數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)采集裝置連接至主機(jī)。所述孔板流量計9沿著煙道5的軸線布置，且包括取樣小孔(圖中未示出)，取樣小孔的開設(shè)方向與氣流方向相反，以防止煙塵堵塞小孔。
[0050]與熱電偶8的位置相比，其在煙道5的離集煙罩4與煙道5的接口處距離稍遠(yuǎn)(例如位于熱電偶8之后15cm處)。[0051 ]本實(shí)施例的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)原理如下:
[0052]當(dāng)油盤或燃料射流口3中的燃料被點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)物及火源上方的空氣在熱浮力的驅(qū)動下上升，空氣從四面的縫隙切向進(jìn)入柱狀空間進(jìn)行補(bǔ)充，在力矩的作用下形成旋轉(zhuǎn)氣流。在旋轉(zhuǎn)角動量和熱羽流上升運(yùn)動的相互作用下，普通的池火變成高度螺旋上升的火旋風(fēng)燃燒。
[0053]燃燒產(chǎn)物及空氣在變速軸流風(fēng)機(jī)7的作用下，經(jīng)集煙罩4進(jìn)入煙道5，通過氣體分析儀6測定氧濃度，熱電偶8測定煙氣溫度，孔板流量計9通過測定孔板兩側(cè)壓差確定煙氣流量，最終利用氧耗法測定火旋風(fēng)燃燒的熱釋放速率。繼而，結(jié)合燃料燃燒的質(zhì)量損失速率和燃料的熱值，獲得燃料的單位熱釋放速率和燃燒效率。
[0054]本裝置的特點(diǎn)在于:將火旋風(fēng)模擬裝置與熱釋放速率測定裝置相結(jié)合，能夠通過調(diào)節(jié)縫隙開口寬度和火源尺寸，測定不同進(jìn)風(fēng)量和火源尺寸條件下燃料的熱釋放速率。同時，該裝置還適用于研究不同環(huán)境條件(壓力、氧濃度等)下火旋風(fēng)燃燒效率的變化規(guī)律。該裝置對進(jìn)一步了解火旋風(fēng)的燃燒特性提供了實(shí)驗的基礎(chǔ)。
[0055]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于包括: 火旋風(fēng)發(fā)生裝置，包括多個可移動門和滑軌，還包括油盤或燃料射流口，其中， 所述可移動門圍繞火旋風(fēng)發(fā)生裝置進(jìn)行設(shè)置，并通過滑軌進(jìn)行開合； 所述油盤或燃料射流口設(shè)置于火旋風(fēng)發(fā)生裝置內(nèi)部； 熱釋放速率測定裝置，包括集煙罩、煙道、氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計，其中， 所述集煙罩的一端罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部，另一端與煙道連接； 所述煙道內(nèi)布置氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述可移動門圍繞火旋風(fēng)發(fā)生裝置等間距設(shè)置，門的個數(shù)為4-12個。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述滑軌布置在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的上部和下部，所述可移動門沿上部和下部的滑軌進(jìn)行開合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，下部的滑軌上或者其下部還安裝有標(biāo)尺。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述集煙罩的一端開口方向與另一端開口方向垂直，且罩蓋在火旋風(fēng)發(fā)生裝置的一端開口大于火旋風(fēng)發(fā)生裝置開□ O6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分析儀為煙氣分析儀環(huán)形取樣裝置，環(huán)設(shè)在所述煙道內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述熱釋放速率測定裝置還包括變速軸流風(fēng)機(jī)，其設(shè)置于所述煙道中靠近集煙罩的位置上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電偶為鎧裝熱電偶。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述孔板流量計沿著煙道的軸線布置，且包括取樣小孔，取樣小孔的開設(shè)方向與氣流方向相反。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火旋風(fēng)模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計按照逐漸遠(yuǎn)離煙道與集煙道接口的位置設(shè)置。
【文檔編號】G01N25/22GK106017848SQ201610381691
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】楊立中, 吳志博, 趙坤
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)