多点源池火燃烧模拟实验平台的制作方法

本实用新型属于燃烧试验设备技术领域，涉及火灾消防领域，尤其是涉及一种多点源池火燃烧模拟实验平台，用于模拟现实状况中多处火点同时燃烧的事故场景，开展不同液体可燃物在不同工况下的多火源燃烧实验研究。

背景技术：

众多大小不同的油罐和纵横交错的管线是石油化工企业的特征，如化工厂、提炼厂等场所。石化原料和产品在生产、储藏过程中受到复杂的内部和外部因素的影响，火灾事故极易发生。由于石化企业可燃物众多且分布复杂，因此多点源池火灾连锁事故是石油化工企业等工业场所常见的灾害事故类型，如多储罐燃烧事故。有关多点源池火灾耦合燃烧动力学演化规律的研究是当前火灾防治技术领域的研究热点。

目前，多火源池火演化规律的相关实验研究所采用的燃料以气体和液体燃料为主，研究主要集中在多火焰融并规律、火焰温度、火焰高度等方面，在燃烧速率、流场测量等方面存在一定不足。以气体为燃料开展的多火源燃烧实验，实验装置可以监测气体的流量以此计算燃烧速率，但是不能考虑多火源燃烧时火焰形态变化对燃烧速率的反作用，所获得的结果存在一定局限性。以液体为燃料开展的多火源燃烧实验，所用实验装置多通过视频监测根据燃烧时间从宏观上估算各个火源的平均燃烧速率，尚不能同时对每一个火源的燃烧速率进行精确的实时监测；而且现有实验装置不能在实验过程中同时对各个火源进行燃料补充以维持各个火源液面的稳定。

综上，鉴于现有技术的局限性，本发明提出一种新的可用于模拟多点源火灾燃烧的实验平台及方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种多点源池火燃烧模拟实验平台，该实验平台可模拟多处火源燃烧时的耦合情况，可满足不同液体燃料，不同火源间距，不同火源尺寸条件下，多火源池火耦合作用下的燃烧特征参数测量的综合性实验要求。基于本实用新型的实验平台，可模拟开展不同工况下的多火源池火燃烧实验，获得燃烧速率、温度、多火焰融并高度、辐射热流密度、速度场等参数，从而分析和揭示多火源池火燃烧的动力学规律和内在机制，加深对多火源池火事故的认识，为制定合理的防灭火措施提供技术指导。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

多点源池火燃烧模拟实验平台，包括实验台主体、若干燃烧器、工作台面、补液系统和控制系统，所述实验台主体的上表面设有用于调节燃烧器间距的间距调节结构，所述燃烧器通过第一压力传感器设置在间距调节结构上；所述补液系统包括支撑框架、补液容器及对补液容器进行升降的升降台结构，所述升降台结构固定在支撑框架上，补液容器底部通过第二压力传感器设置在升降台结构上；每个所述燃烧器上设有补液管，每个所述补液管通过连接管路连通一补液容器，所述连接管路上设有电磁阀；所述工作台面上设有与燃烧器位置配合的圆孔，所述圆孔的直径大于燃烧器的直径；所述工作台面固定在实验台主体的上表面；所述控制系统信号连接第一压力传感器、第二压力传感器和电磁阀。

进一步的，所述间距调节结构包括固定在所述实验台主体上表面的矩形边框、一对平行的滑轨、若干滑杆，一对平行的滑轨固定在矩形边框的两侧，所述滑杆的两端分别滑动连接在两个滑轨上，所述滑杆上滑动设置有若干滑块，每个滑块上设置有锁死装置；所述矩形边框的四周设置有刻度尺，方便确定滑块的间距。

进一步的，第一压力传感器通过垫片固定在滑块上，第一压力传感器上方安装有凹型的托盘碗，用以配合安装底部带凸起结构的托盘，同时托盘碗上边沿设置有销钉，用以穿过托盘底部的开孔，固定托盘。

进一步的，托盘上表面具有配合燃烧器尺寸的凹槽，用以配合放置燃烧器，每一种尺寸的燃烧器对应其相互配合的托盘。

进一步的，所述工作台面为方形结构，通过台面支撑块固定在实验台主体的上表面，与燃烧器间隙设置，不与燃烧器接触。

进一步的，所述实验台主体为框架结构，包括上矩形支撑结构、升降腿、下矩形支撑结构，上矩形支撑结构的四个角通过四个升降腿连接下矩形支撑结构，所述下矩形支撑结构的底部安装万向轮；

进一步的，还包括温度测量支架，所述温度测量支架包括由两个竖向方钢和一个横向方钢构成的倒U型框架，两个所述竖向方钢上分别设置若干圆孔，若干细钢丝横向穿过两个所述竖向方钢上对应的圆孔，细钢丝上固定热电偶，所述热电偶信号连接控制系统；所述实验台主体的上表面设置固定竖向方钢的底座。

进一步的，所述燃烧器为圆形油盘，油盘侧壁设置有L型的金属延长管路，以方便连接软管与补液容器联通。

进一步的，所述支撑框架为两层的框架结构，用于分层的中间隔板固定所述升降台结构，上层空间容纳补液容器，下层设置与补液容器连通的集成架体管路，所述集成架体管路连通所述燃烧器的补液管。

进一步的，所述升降台结构包括升降台面、丝杠升降结构及支撑杆，所述丝杠升降结构为涡轮丝杠升降机或者螺旋丝杠升降机，所述升降台面的底部固定连接丝杠升降结构的顶部，所述丝杠升降结构的箱体与所述支撑框架固定连接；多个所述支撑杆纵向固定在支撑框架上，所述升降台面通过其上设置的通孔分别滑动设置在支撑杆上；所述补液容器通过补液容器托盘放置于第二压力传感器上，所述第二压力传感器固定在升降台面上。

进一步的，所述补液容器为罐体结构，其侧壁底部设置出液管路，出液管路上设置有开关。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)通过补液容器、燃烧器、压力传感器、电磁阀及连接管路构成的补液回路，可以实时对正在燃烧的燃烧器内添加燃料，实现燃烧器内燃料液面保持恒定；

(2)通过调整滑块、滑杆间距和更换不同直径的燃烧器，可以实现不同火源间距、不同火源尺寸下多点源火灾的实验模拟；

(3)通过补液容器下方的压力传感器，可以实时记录燃料的损失速率，进而实现实时监测每一个火源的燃烧速率；

(4)本发明可模拟开展不同液体燃料在不同工况下的多火源池火燃烧实验，获得燃烧速率、温度、辐射热流密度、速度场等特征参数，研究范围广，获得数据量大，有利于对多火源池火燃烧过程进行深入分析。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述实验平台的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述实验平台的立体结构侧视图；

图3为本实用新型实施例所述实验平台的工作台面安装状态图；

图4为本实用新型实施例所述燃烧器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述间距调节结构的示意图；

图6为本实用新型实施例所述燃烧器与滑块的安装结构立体图；

图7为本实用新型实施例所述燃烧器与滑块的安装结构侧视图；

图8为本实用新型实施例所述温度测量支架的示意图；

图9为本实用新型实施例所述工作台面的示意图；

图10为本实用新型实施例所述补液系统的立体结构图；

图11为本实用新型实施例所述补液系统的正视图；

图12为本实用新型实施例所述补液系统的侧视图；

图13为本实用新型实施例所述补液容器与第二压力传感器安装部分的结构图；

图14中a、b分别为本实用新型实施例托盘的立体图和侧视图。

附图标记说明：

1-实验台主体，2-燃烧器，3-工作台面，4-温度测量支架，5-台面支撑块，6-滑轨，7-滑杆，8-滑块，9-第一压力传感器，10-托盘，11-竖向方钢，12-横向方钢，13-细钢丝，14-支撑框架，15-补液容器，16-升降台面，17-升降把手，18-丝杠升降结构，19-补液出口，20-金属连接管路，21-电磁阀，22-连接口，23-排液口，24-排液槽，25-万向轮，26-第二压力传感器，27-锁死装置，28-刻度尺，29-托盘碗，30-升降腿，31-垫片，32-销钉，33-凹槽，34-凸起，35-补液容器托盘。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例多点源池火燃烧模拟实验平台，如图1至12所示，包括实验台主体1、燃烧器2、工作台面3、补液系统和控制系统，

所述实验台主体1上表面设有用于调节燃烧器2间距的间距调节结构，所述燃烧器2通过底部的第一压力传感器9设置在间距调节结构上；

所述补液系统包括支撑框架14、补液容器15及对补液容器15进行升降的升降台结构，所述升降台结构固定在支撑框架14上，补液容器15底部通过第二压力传感器26设置在升降台结构上；

每个所述燃烧器2上设有补液管，每个所述补液管通过连接管路连通一补液容器，所述连接管路上设有电磁阀21；

所述工作台面3上设有与燃烧器2位置配合的圆孔，所述圆孔的直径大于燃烧器2的直径，与燃烧器间隙设置，不与燃烧器接触；所述工作台面3固定在实验台主体1的上表面；

所述控制系统控制连接第一压力传感器9、第二压力传感器26和电磁阀21。

具体的，所述实验台主体为框架结构，包括上矩形支撑结构、升降腿、下矩形支撑结构，上矩形支撑结构的四个角通过四个升降腿30连接下矩形支撑结构，所述下矩形支撑结构的底部安装万向轮25，方便移动。

具体的，如图5所示，所述间距调节结构包括固定在所述实验台主体上表面的矩形边框、一对平行的滑轨6、3排滑杆7，一对平行的滑轨6固定在矩形边框的两侧，每排所述滑杆7的两端分别滑动连接在两个滑轨6上，每排滑杆7上滑动设置有若干滑块8，每个滑块8上设置有锁死装置27，所述锁死装置27为螺丝，螺丝旋入滑块上的螺纹孔，底部接触滑杆7进行锁死；所述矩形边框的四周设置有刻度尺28，方便确定滑块8的间距。

如图14所示，所述第一压力传感器9通过垫片固定在滑块8上，第一压力传感器9上方安装有凹型的托盘碗29，用以配合安装底部带凸起34的托盘10，同时托盘碗29上边沿设置有销钉32，用以穿过托盘10的底部的开孔，固定托盘10。

所述托盘10的上表面具有配合燃烧器2尺寸的凹槽33，用以配合放置燃烧器2，每一种尺寸的燃烧器2对应其相互配合的托盘10。

所述燃烧器2可以跟随滑块8在横向设置的滑杆7上移动，同时横向的滑杆7两端可以沿纵向设置的滑轨6移动，实现燃烧器2位置的变换。

如图1至3所示，所述实验台主体1为矩形的框架结构，框架结构的四个支撑腿的高度可调节，框架结构的底部装有带制动装置的万向轮，方便移动。

所述实验平台还包括主要用于模拟地面等现实状况的工作台面3，防止从燃烧器的底部形成侧流风；所述工作台面3为方形结构，其上设有与燃烧器2位置配合的圆孔；所述实验台主体1的上表面上设置有4个台面支撑块5，工作台面3的两侧分别设置两个小孔，将小孔穿过所述台面支撑块5上的销钉，用以固定和支撑所述工作台面3；所述台面支撑块5的高度要高于燃烧器2的侧壁的补液管的高度，防止所述工作台面3接触燃烧器2的相关部位。

如图9所示，所述工作台面3为方形的，长度尺寸为1.5m，以几何中心位置为中心开了3×3阵列的圆孔，圆孔的开孔尺寸要大于燃烧器2的尺寸1cm，即圆孔的直径要大于圆形的燃烧器2的直径1cm，以便于工作台面3不与燃烧器2接触。对于不同尺寸的燃烧器2，开孔尺寸是不同的，同时，对于不同的燃烧器2的间距，圆孔的间距也是不同的。

所述实验平台还包括用于固定热电偶的温度测量支架4，所述热电偶信号连接控制系统，用于采集燃烧温度信号。如图8所示，所述温度测量支架4包括由两个竖向方钢11和一个横向方钢12构成的倒U型框架，两个所述竖向方钢11上每隔5cm设置一个圆孔，若干细钢丝13横向穿过两个所述竖向方钢11上对应的圆孔，细钢丝13上固定热电偶；所述实验台主体1的框架结构的上表面的四个角落位置设置有与竖向方钢11配合的底座，将两个竖向方钢11分别插入任一对角线位置的底座，可以固定温度测量支架4。

如图4所示，所述燃烧器2为圆形油盘，本实施例包括直径分别为10cm、7.5cm、5cm的三种圆形油盘，圆形油盘的油盘壁高度均为5cm，且油盘侧壁设置有L型的金属延长管路，以方便连接软管与补液容器联通。

所述补液系统主要实现对燃烧器2进行初始补液及燃烧过程中实时补液的功能。

所述支撑框架14为两层的框架结构，用于分层的中间隔板固定所述升降台结构，上层空间容纳补液容器15，下层设置与补液容器15连通的集成架体管路。

具体的，所述升降台结构包括升降台面16、丝杠升降结构18及支撑杆，所述丝杠升降结构18可以选择涡轮丝杠升降机或者螺旋丝杠升降机，都属于现有技术；所述升降台面16的底部固定连接丝杠升降结构18的顶部，所述涡轮丝杠升降结构18的升降把手17延伸到支撑框架14的侧面；4个所述支撑杆纵向固定在支撑框架14的上层之间，所述升降台面16的四个角通过其上设置的通孔分别滑动设置在4个所述支撑杆上，实现升降台面平稳。如图13所示，所述补液容器15通过补液容器托盘35设放置于第二压力传感器26上，所述第二压力传感器26固定在升降台面16上，用于监测补液容器15内燃料的质量。

具体的，本实施例所述补液容器15的数量为9个，为直径15cm、高度25cm的罐体。所述补液容器15的侧壁底部设置出液管路，出液管路上设置手动开启闭合的开关。所述补液容器15内燃料的液面高度随升降台面16可调节。

所述集成架体管路包括若干并列设置的金属连接管路20，所述金属连接管路20的上端通过软管连接补液容器15侧壁的出液管路；金属连接管路20的底端依次设置电磁阀21、连接口22、排液口23，连接口22通过软管连接燃烧器2的补液管，以形成闭合管路对燃烧器2进行补液。所述排液口23与连接口22的管路上设置手动开关，在进行补液时，开关始终是闭合的。所述排液口23的下部放置排液槽24，实验结束后，打开连接口22与排液口23之间的开关，使管路内剩余的燃料可以排出到排液槽24。

所述支撑框架14的下层的水平尺寸为150cm×80cm，高度为100cm，底部设置有带制动装置的万向轮25，方便移动。

所述控制系统包括计算机总控装置，通过计算机总控装置采集热电偶的温度数据、采集第一压力传感器9、第二压力传感器26的压力数据、控制电磁阀21的通断，从而可实现燃烧器2内燃料稳定值设定、对燃烧器2和补液容器15自身的重量清零、多路数据采集。

本实施例的功能实现：

确定火源的数量及火源之间的间距，将相应尺寸和个数的燃烧器2置于托盘10上，利用滑杆7、滑轨6，设定燃烧器2之间的间距；确定好燃烧器2的位置后，将对应的所述工作台面3置于实验台主体1上，通过台面支撑块5固定；将每一个燃烧器2与其对应的补液容器15的管路联通，并通过电磁阀21控制管路的通断；

打开控制系统，将燃烧器2和补液容器15下方的第一压力传感器9、第二压力传感器26的读数置零；对补液容器15添加实验所需燃料，然后利用丝杠升降结构18将补液容器15升高，使之与燃烧器2有一定的高度差；

通过控制系统设置燃烧器2中燃料的初始质量M、容差等参数；通过控制系统控制开启电磁阀21对燃烧器2进行初始补液，当检测到燃烧器2中的燃料质量达到M时，控制系统控制停止补液；然后手动点燃燃烧器2中的燃料，当燃烧器2中的燃料因燃烧而质量低于M时，第一压力传感器9会将信号传递给控制系统，控制电磁阀21打开，补液容器15中的燃料自动补充进燃烧器2，当燃烧器2中的燃料质量等于M时，电磁阀21自动关闭，停止补液；如此往复，可以实现燃烧器2中的燃料始终维持在M，保证燃料液面稳定；

在上述实时补液的过程中，第二压力传感器26会实时记录补液容器15内燃料的减少量，以此可以计算燃烧器2中燃料的损失速率，在实时补液的过程中，热电偶、辐射热流计、粒子图像测速仪、摄像机以及其他测试仪器可以布置在本实验平台的周围，以对温度、辐射热流密度、流场、火焰形态等参数进行数据采集；

实时补液过程中采集数据结束后，通过控制系统控制电磁阀21处于关闭的状态，补液容器15不对燃烧器2进行燃料补充，燃烧器2中的燃料慢慢燃烧耗尽，实验结束。

本实施例具体的实验流程如下：

(1)确定火源数量及火源间距，调节间距调节结构的滑块的间距；

(2)将对应尺度的燃烧器和工作台面安装在实验装置上；

(3)设定燃烧器2内的燃料初值M；

(4)控制系统控制电磁阀21开启进行初始补液；

(5)当第一压力传感器9监测到补液量达到初值M时，电磁阀21不动作，点燃燃烧器2内的燃料；

(6)采集第一压力传感器9的实时记录数据，直至燃烧耗尽；

(7)估算各个火源的燃烧速率，找到最大燃烧速率；

(8)比较补液速率是否大于最大燃烧速率；

(9)如果补液速率小于最大燃烧速率，那么调高燃烧器2与补液容器15的高度差，将上述步骤再重复一遍，直至补液速率大于最大燃烧速率。

(10)如果补液速率大于最大燃烧速率，那么开始进行实验。

(11)实验过程中，电磁阀21处于动作的状态；

(12)进行初始补液，达到初值M停止；

(13)点燃燃烧器2内的燃料；

(14)此时液面稳定系统开始发挥作用，通过第一压力传感器9实时监测燃烧器内燃料的质量，一旦燃烧器2内的燃料少于初值M，电磁阀21开启，然后补液容器15内的燃料通过管路对燃烧器2进行实时补液，一旦燃烧器2内的燃料等于初值M，电磁阀21关闭，如此循环往复，达到液面稳定的作用，在此过程中，第二压力传感器26实时记录补液容器15内燃料的质量变化情况，从而计算燃烧速率；

(15)在上述实时补液过程中，热电偶、粒子图像测速系统、辐射热流计、摄像机等其他的测试系统可以布置在实验平台的周围，以开展温度测量实验、流场测量实验、辐射热流密度测量实验、火焰融并实验等，对实验过程的各项参数进行数据采集；

(16)在记录数据若干分钟后(达到数据采集的要求后)，电磁阀21不动作；

(17)等待燃烧器2内的燃料烧尽；

(18)实验结束。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。