一種火旋風模擬測量系統的制作方法
【專利摘要】一種火旋風模擬測量系統，包括含多個可移動門和滑軌的火旋風發生裝置，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。該測量系統可以模擬不同開口寬度、不同燃料形式火旋風現象，還可以通過各種測量元件能夠準確地測定火旋風發生發展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規律。
【專利說明】
一種火旋風模擬測量系統
技術領域
[0001 ]本發明屬于火災安全技術領域，特別涉及一種火旋風模擬測量系統。
【背景技術】
[0002]火旋風是一種常見于森林和城市火災中的旋轉強對流火災現象，具有燃燒速率高、燃燒劇烈、火焰溫度高等特點。目前，國內外研究人員通過狹縫式和旋幕式兩種火旋風模擬裝置對火旋風進行實驗研究，研究內容主要集中在火旋風的誘發機制、燃燒速率、火焰高度以及溫度場分布等方面，在理論和實驗方面都取得了一定的成果。但由于缺乏相應的實驗裝置，對火旋風的熱釋放速率以及燃燒效率的研究幾乎為空白，缺乏對不同環境條件(壓力、氧濃度等)下，不同工況(進氣量、開口寬度及油盤尺寸等)火旋風燃燒效率的定量分析，因此對火旋風的燃燒效率特性方面缺乏的全面而深入的了解。
【發明內容】
[0003](一)要解決的技術問題
[0004]為了彌補現有實驗裝置在熱釋放速率及燃燒效率測量方面的不足，本發明提供一種火旋風熱釋放速率測定裝置。
[0005](二)技術方案
[0006]本發明提供一種火旋風模擬測量系統，包括:
[0007]火旋風發生裝置，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發生裝置進行設置，并通過滑軌進行開合；
[0009]所述油盤或燃料射流口設置于火旋風發生裝置內部；
[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發生裝置的上部，另一端與煙道連接；
[0012]所述煙道內布置氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計。
[0013]優選的，所述可移動門圍繞火旋風發生裝置等間距設置，門的個數為4-12個。
[0014]優選的，所述滑軌布置在火旋風發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行開合。
[0015]優選的，下部的滑軌上或者其下部還安裝有標尺。
[0016]優選的，所述集煙罩的一端開口方向與另一端開口方向垂直，且罩蓋在火旋風發生裝置的一端開口大于火旋風發生裝置開口。
[0017]優選的，所述氣體分析儀為煙氣分析儀環形取樣裝置，環設在所述煙道內。
[0018]優選的，所述熱釋放速率測定裝置還包括變速軸流風機，其設置于所述煙道中靠近集煙罩的位置上。
[0019]優選的，所述熱電偶為鎧裝熱電偶。
[0020]優選的，所述孔板流量計沿著煙道的軸線布置，且包括取樣小孔，取樣小孔的開設方向與氣流方向相反。
[0021]優選的，所述氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計按照逐漸遠離煙道與集煙道接口的位置設置。
[0022](三)有益效果
[0023]通過上述技術方案，可以看出本發明的有益效果在于:
[0024](I)該系統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)或火源尺寸火旋風現象；
[0025](2)該系統還可以通過各種測量元件能夠準確地測定火旋風發生發展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規律。
[0026](3)通過將將火旋風模擬裝置與熱釋放速率測定裝置相結合，能夠通過調節火旋風燃燒的各參數，測定不同進風量和火源尺寸條件下燃料的熱釋放速率。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明實施例的火旋風模擬測量系統側面結構示意圖。
[0028]圖2是發明實施例的火旋風模擬測量系統俯視結構圖。
[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.變速軸流風機，8.熱電偶，9.孔板流量計。
【具體實施方式】
[0033]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。
[0034]下述參照附圖對本發明實施例的說明旨在對本發明的總體發明構思進行解釋，而不應當理解為對本發明的一種限制。
[0035]參見圖1-2各視圖所示，根據本發明的總體構思，提供一種火旋風模擬測量系統，包括:火旋風發生裝置和包括多個測量單元的熱釋放速率測定裝置，該裝置不僅能夠實驗模擬不同工況的火旋風現象，而且能夠準確地測定火旋風發生發展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規律。
[0036]以下將對本實施例的火旋風模擬測量系統的火旋風裝置以及熱釋放速率測定裝置以及相應測量單元進行詳細說明。
[0037]根據本發明的實施例，火旋風發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。火旋風裝置的作用在于產生不同開口寬度、不同燃料形式以及不同工況的火旋風，需要通過上述部件的共同配合。
[0038]其中，可移動門I圍繞火旋風發生裝置進行設置，并通過滑軌2進行開合。可移動門I可在滑軌2的任意停留，從而產生了不同的開口，相應外部氣流大小也相應改變。所述可移動門I可圍繞火旋風發生裝置等間距設置，門的個數為4-12個，優選的為4個，例如設置四個門，則圍成一個四面柱狀空間。優選的，可移動門I的材料為耐火焰高溫的材料，優選的為不銹鋼或者鋼化玻璃，進一步優選的為鋼化玻璃材料。對于可移動門I的形狀根據火旋風發生裝置的外部輪廓而定，在于跟其輪廓匹配，方便進行開合。優選的為矩形、扇形或者正方形，進一步優選的為矩形，所述尺寸例如可以為40cmX 10cm0
[0039]其中，滑軌2設置為便于可移動門I進行開合。可選的，如圖2所示在火旋風發生裝置的上部和下部均開設有滑軌2，滑軌2的數量可以為可移動門的2倍，或者在火旋風發生裝置的上部和下部開設圍繞整個裝置的整體滑軌。可移動門I嵌入滑軌2中，沿著上部和下部的滑軌2進行開合。優選的，所述滑軌2的材料優選的為鋼或者鋼化玻璃，進一步優選的為鋼材料。
[0040]優選的，下部的滑軌2上或者其下部還安裝有標尺，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設置于火旋風發生裝置內部，用于提供穩定的火焰源。優選的，油盤或燃料射流口 3位于火旋風發生裝置的中央位置，更利于產生火旋風。
[0042]根據本發明的實施例，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發生裝置的上部，另一端與煙道5連接;所述煙道5內布置氣體分析儀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確地測定火旋風發生發展過程中熱釋放速率及燃燒效率的變化規律。
[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，且罩蓋在火旋風發生裝置的一端開口大于火旋風發生裝置開口，兩個開口方向優選的成垂直關系，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罩蓋在火旋風發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為中空結構，以供高溫煙氣通過，優選的煙道截面為圓形或者方形，進一步優選的煙道截面為正方形(例如尺寸為IlcmX Ilcm)，煙道內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設置于煙道5內部，主要測量氧氣、二氧化碳以及一氧化碳濃度。優選的，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(優選的為距離接口處70cm)。優選的，煙氣分析儀為煙氣分析儀環形取樣裝置，其環設在煙道5內。
[0046]其中，熱釋放速率測定裝置還可以包括變速軸流風機7，其設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(例如為90cm)。變速軸流風速7應保證煙氣流量不小于0.024m3/s。
[0047]其中，熱電偶8用于測量煙氣的實時溫度。優選熱電偶8其設置于所述煙道5的軸線位置。與變速軸風機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(例如位于煙氣分析儀6后端25cm) ο
[0048]優選的，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據控制和數據采集裝置連接至主機。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(例如位于熱電偶8之后15cm處)。[0051 ]本實施例的火旋風模擬測量系統原理如下:
[0052]當油盤或燃料射流口3中的燃料被點燃，燃燒產物及火源上方的空氣在熱浮力的驅動下上升，空氣從四面的縫隙切向進入柱狀空間進行補充，在力矩的作用下形成旋轉氣流。在旋轉角動量和熱羽流上升運動的相互作用下，普通的池火變成高度螺旋上升的火旋風燃燒。
[0053]燃燒產物及空氣在變速軸流風機7的作用下，經集煙罩4進入煙道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通過測定孔板兩側壓差確定煙氣流量，最終利用氧耗法測定火旋風燃燒的熱釋放速率。繼而，結合燃料燃燒的質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]本裝置的特點在于:將火旋風模擬裝置與熱釋放速率測定裝置相結合，能夠通過調節縫隙開口寬度和火源尺寸，測定不同進風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境條件(壓力、氧濃度等)下火旋風燃燒效率的變化規律。該裝置對進一步了解火旋風的燃燒特性提供了實驗的基礎。
[0055]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種火旋風模擬測量系統，其特征在于包括: 火旋風發生裝置，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發生裝置進行設置，并通過滑軌進行開合； 所述油盤或燃料射流口設置于火旋風發生裝置內部； 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發生裝置的上部，另一端與煙道連接； 所述煙道內布置氣體分析儀、熱電偶和孔板流量計。2.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，其特征在于，所述可移動門圍繞火旋風發生裝置等間距設置，門的個數為4-12個。3.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，其特征在于，所述滑軌布置在火旋風發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行開合。4.根據權利要求3所述的火旋風模擬測量系統，其特征在于，下部的滑軌上或者其下部還安裝有標尺。5.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，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，且罩蓋在火旋風發生裝置的一端開口大于火旋風發生裝置開□ O6.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，其特征在于，所述氣體分析儀為煙氣分析儀環形取樣裝置，環設在所述煙道內。7.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，其特征在于，所述熱釋放速率測定裝置還包括變速軸流風機，其設置于所述煙道中靠近集煙罩的位置上。8.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，其特征在于，所述熱電偶為鎧裝熱電偶。9.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，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，取樣小孔的開設方向與氣流方向相反。10.根據權利要求1所述的火旋風模擬測量系統，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離煙道與集煙道接口的位置設置。
【文檔編號】G01N25/22GK106017848SQ201610381691
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】楊立中, 吳志博, 趙坤
【申請人】中國科學技術大學