一种火旋风模拟测量系统的制作方法
【专利摘要】一种火旋风模拟测量系统，包括含多个可移动门和滑轨的火旋风发生装置，以及热释放速率测定装置，热释放速率测定装置包括集烟罩、烟道、气体分析仪、热电偶和孔板流量计。该测量系统可以模拟不同开口宽度、不同燃料形式火旋风现象，还可以通过各种测量元件能够准确地测定火旋风发生发展过程中热释放速率及燃烧效率的变化规律。
【专利说明】
一种火旋风模拟测量系统
技术领域
[0001 ]本发明属于火灾安全技术领域，特别涉及一种火旋风模拟测量系统。
【背景技术】
[0002]火旋风是一种常见于森林和城市火灾中的旋转强对流火灾现象，具有燃烧速率高、燃烧剧烈、火焰温度高等特点。目前，国内外研究人员通过狭缝式和旋幕式两种火旋风模拟装置对火旋风进行实验研究，研究内容主要集中在火旋风的诱发机制、燃烧速率、火焰高度以及温度场分布等方面，在理论和实验方面都取得了一定的成果。但由于缺乏相应的实验装置，对火旋风的热释放速率以及燃烧效率的研究几乎为空白，缺乏对不同环境条件(压力、氧浓度等)下，不同工况(进气量、开口宽度及油盘尺寸等)火旋风燃烧效率的定量分析，因此对火旋风的燃烧效率特性方面缺乏的全面而深入的了解。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]为了弥补现有实验装置在热释放速率及燃烧效率测量方面的不足，本发明提供一种火旋风热释放速率测定装置。
[0005](二)技术方案
[0006]本发明提供一种火旋风模拟测量系统，包括:
[0007]火旋风发生装置，包括多个可移动门和滑轨，还包括油盘或燃料射流口，其中，
[0008]所述可移动门围绕火旋风发生装置进行设置，并通过滑轨进行开合；
[0009]所述油盘或燃料射流口设置于火旋风发生装置内部；
[0010]热释放速率测定装置，包括集烟罩、烟道、气体分析仪、热电偶和孔板流量计，其中，
[0011 ]所述集烟罩的一端罩盖在火旋风发生装置的上部，另一端与烟道连接；
[0012]所述烟道内布置气体分析仪、热电偶和孔板流量计。
[0013]优选的，所述可移动门围绕火旋风发生装置等间距设置，门的个数为4-12个。
[0014]优选的，所述滑轨布置在火旋风发生装置的上部和下部，所述可移动门沿上部和下部的滑轨进行开合。
[0015]优选的，下部的滑轨上或者其下部还安装有标尺。
[0016]优选的，所述集烟罩的一端开口方向与另一端开口方向垂直，且罩盖在火旋风发生装置的一端开口大于火旋风发生装置开口。
[0017]优选的，所述气体分析仪为烟气分析仪环形取样装置，环设在所述烟道内。
[0018]优选的，所述热释放速率测定装置还包括变速轴流风机，其设置于所述烟道中靠近集烟罩的位置上。
[0019]优选的，所述热电偶为铠装热电偶。
[0020]优选的，所述孔板流量计沿着烟道的轴线布置，且包括取样小孔，取样小孔的开设方向与气流方向相反。
[0021]优选的，所述气体分析仪、热电偶和孔板流量计按照逐渐远离烟道与集烟道接口的位置设置。
[0022](三)有益效果
[0023]通过上述技术方案，可以看出本发明的有益效果在于:
[0024](I)该系统可以模拟不同开口宽度、不同燃料形式(油池燃烧或射流燃烧)或火源尺寸火旋风现象；
[0025](2)该系统还可以通过各种测量元件能够准确地测定火旋风发生发展过程中热释放速率及燃烧效率的变化规律。
[0026](3)通过将将火旋风模拟装置与热释放速率测定装置相结合，能够通过调节火旋风燃烧的各参数，测定不同进风量和火源尺寸条件下燃料的热释放速率。
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例的火旋风模拟测量系统侧面结构示意图。
[0028]图2是发明实施例的火旋风模拟测量系统俯视结构图。
[0029]图中零部件分别为:
[0030]1.可移动门， 2.滑轨，3.油盘或燃料射流口，
[0031]4.集烟罩，5.烟道，6.气体分析仪，
[0032]7.变速轴流风机，8.热电偶，9.孔板流量计。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。
[0034]下述参照附图对本发明实施例的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0035]参见图1-2各视图所示，根据本发明的总体构思，提供一种火旋风模拟测量系统，包括:火旋风发生装置和包括多个测量单元的热释放速率测定装置，该装置不仅能够实验模拟不同工况的火旋风现象，而且能够准确地测定火旋风发生发展过程中热释放速率及燃烧效率的变化规律。
[0036]以下将对本实施例的火旋风模拟测量系统的火旋风装置以及热释放速率测定装置以及相应测量单元进行详细说明。
[0037]根据本发明的实施例，火旋风发生装置包括多个可移动门I和滑轨2，还包括油盘或燃料射流口 3。火旋风装置的作用在于产生不同开口宽度、不同燃料形式以及不同工况的火旋风，需要通过上述部件的共同配合。
[0038]其中，可移动门I围绕火旋风发生装置进行设置，并通过滑轨2进行开合。可移动门I可在滑轨2的任意停留，从而产生了不同的开口，相应外部气流大小也相应改变。所述可移动门I可围绕火旋风发生装置等间距设置，门的个数为4-12个，优选的为4个，例如设置四个门，则围成一个四面柱状空间。优选的，可移动门I的材料为耐火焰高温的材料，优选的为不锈钢或者钢化玻璃，进一步优选的为钢化玻璃材料。对于可移动门I的形状根据火旋风发生装置的外部轮廓而定，在于跟其轮廓匹配，方便进行开合。优选的为矩形、扇形或者正方形，进一步优选的为矩形，所述尺寸例如可以为40cmX 10cm0
[0039]其中，滑轨2设置为便于可移动门I进行开合。可选的，如图2所示在火旋风发生装置的上部和下部均开设有滑轨2，滑轨2的数量可以为可移动门的2倍，或者在火旋风发生装置的上部和下部开设围绕整个装置的整体滑轨。可移动门I嵌入滑轨2中，沿着上部和下部的滑轨2进行开合。优选的，所述滑轨2的材料优选的为钢或者钢化玻璃，进一步优选的为钢材料。
[0040]优选的，下部的滑轨2上或者其下部还安装有标尺，用于测量可移动门I的开合宽度。
[0041]其中，所述油盘或燃料射流口3设置于火旋风发生装置内部，用于提供稳定的火焰源。优选的，油盘或燃料射流口 3位于火旋风发生装置的中央位置，更利于产生火旋风。
[0042]根据本发明的实施例，参见图1所示，热释放速率测定装置，包括集烟罩4、烟道5、气体分析仪6、热电偶8和孔板流量计9，其中，所述集烟罩4的一端罩盖在火旋风发生装置的上部，另一端与烟道5连接;所述烟道5内布置气体分析仪6、热电偶8和孔板流量计9。热释放速率测定装置布置为通过各种测量元件能够准确地测定火旋风发生发展过程中热释放速率及燃烧效率的变化规律。
[0043]其中，集烟罩4用于收集燃烧烟气，其一端开口方向与另一端开口方向垂直，且罩盖在火旋风发生装置的一端开口大于火旋风发生装置开口，两个开口方向优选的成垂直关系，其中，与集烟罩4与烟道5连接的开口与水平方向垂直。集烟罩4罩盖在火旋风发生装置开口的下部尺寸略大于滑轨2尺寸，使其可以倒扣于上部的滑轨2上。
[0044]其中，烟道5为中空结构，以供高温烟气通过，优选的烟道截面为圆形或者方形，进一步优选的烟道截面为正方形(例如尺寸为IlcmX Ilcm)，烟道内布置的各测量元件以不影响烟道气流为限。
[0045]其中，烟气分析仪6设置于烟道5内部，主要测量氧气、二氧化碳以及一氧化碳浓度。优选的，在烟道的各部件中其离集烟罩4与烟道5的接口处距离最短(优选的为距离接口处70cm)。优选的，烟气分析仪为烟气分析仪环形取样装置，其环设在烟道5内。
[0046]其中，热释放速率测定装置还可以包括变速轴流风机7，其设置于所述烟道中靠近集烟罩4的位置上。与烟气分析仪6的位置相比，其在烟道5的离集烟罩4与烟道5的接口处距离稍远(例如为90cm)。变速轴流风速7应保证烟气流量不小于0.024m3/s。
[0047]其中，热电偶8用于测量烟气的实时温度。优选热电偶8其设置于所述烟道5的轴线位置。与变速轴风机7的位置相比，其在烟道5的离集烟罩4与烟道5的接□处距离稍远(例如位于烟气分析仪6后端25cm) ο
[0048]优选的，所述热电偶8为铠装热电偶，其外径大小1-1.6mm。
[0049]其中，孔板流量计9用于测量流量，该流量计探头测量的模拟信号通过数据控制和数据采集装置连接至主机。所述孔板流量计9沿着烟道5的轴线布置，且包括取样小孔(图中未示出)，取样小孔的开设方向与气流方向相反，以防止烟尘堵塞小孔。
[0050]与热电偶8的位置相比，其在烟道5的离集烟罩4与烟道5的接口处距离稍远(例如位于热电偶8之后15cm处)。[0051 ]本实施例的火旋风模拟测量系统原理如下:
[0052]当油盘或燃料射流口3中的燃料被点燃，燃烧产物及火源上方的空气在热浮力的驱动下上升，空气从四面的缝隙切向进入柱状空间进行补充，在力矩的作用下形成旋转气流。在旋转角动量和热羽流上升运动的相互作用下，普通的池火变成高度螺旋上升的火旋风燃烧。
[0053]燃烧产物及空气在变速轴流风机7的作用下，经集烟罩4进入烟道5，通过气体分析仪6测定氧浓度，热电偶8测定烟气温度，孔板流量计9通过测定孔板两侧压差确定烟气流量，最终利用氧耗法测定火旋风燃烧的热释放速率。继而，结合燃料燃烧的质量损失速率和燃料的热值，获得燃料的单位热释放速率和燃烧效率。
[0054]本装置的特点在于:将火旋风模拟装置与热释放速率测定装置相结合，能够通过调节缝隙开口宽度和火源尺寸，测定不同进风量和火源尺寸条件下燃料的热释放速率。同时，该装置还适用于研究不同环境条件(压力、氧浓度等)下火旋风燃烧效率的变化规律。该装置对进一步了解火旋风的燃烧特性提供了实验的基础。
[0055]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种火旋风模拟测量系统，其特征在于包括: 火旋风发生装置，包括多个可移动门和滑轨，还包括油盘或燃料射流口，其中， 所述可移动门围绕火旋风发生装置进行设置，并通过滑轨进行开合； 所述油盘或燃料射流口设置于火旋风发生装置内部； 热释放速率测定装置，包括集烟罩、烟道、气体分析仪、热电偶和孔板流量计，其中， 所述集烟罩的一端罩盖在火旋风发生装置的上部，另一端与烟道连接； 所述烟道内布置气体分析仪、热电偶和孔板流量计。2.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述可移动门围绕火旋风发生装置等间距设置，门的个数为4-12个。3.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述滑轨布置在火旋风发生装置的上部和下部，所述可移动门沿上部和下部的滑轨进行开合。4.根据权利要求3所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，下部的滑轨上或者其下部还安装有标尺。5.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述集烟罩的一端开口方向与另一端开口方向垂直，且罩盖在火旋风发生装置的一端开口大于火旋风发生装置开□ O6.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述气体分析仪为烟气分析仪环形取样装置，环设在所述烟道内。7.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述热释放速率测定装置还包括变速轴流风机，其设置于所述烟道中靠近集烟罩的位置上。8.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述热电偶为铠装热电偶。9.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述孔板流量计沿着烟道的轴线布置，且包括取样小孔，取样小孔的开设方向与气流方向相反。10.根据权利要求1所述的火旋风模拟测量系统，其特征在于，所述气体分析仪、热电偶和孔板流量计按照逐渐远离烟道与集烟道接口的位置设置。
【文档编号】G01N25/22GK106017848SQ201610381691
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】杨立中, 吴志博, 赵坤
【申请人】中国科学技术大学