一种固体材料的可燃性评价系统及方法

本发明涉及可燃性评价，尤其涉及一种固体材料的可燃性评价系统及方法。

背景技术：

1、固体材料的升温实验装置(或热解燃烧装置)是研究固体材料的热物性参数的装置，其中热物性参数包括导热系数、密度、深度吸收系数、辐射系数等，这会影响固体材料的热解质量损失和热释放速率等可燃性评价指标。

2、然而，相关技术很难准确测定固体材料的可燃性评价指标。

技术实现思路

1、本发明提供了一种固体材料的可燃性评价系统及方法，能够准确测定固体材料的可燃性评价指标。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种固体材料的可燃性评价系统，包括密闭的热解腔室、形成于所述热解腔室上方的辐射加热器、位于所述辐射加热器正下方的样品盘、形成于所述热解腔室侧面的第一冷却腔体、位于所述样品盘外周的第二冷却腔体以及位于所述第一冷却腔体和所述第二冷却腔体之间的换热介质，所述热解腔室的正上方设置有排气口，热解气体能够从所述换热介质的下方经所述换热介质进入到所述热解腔室内，所述换热介质用于吸收所述热解气体的热量，所述排气口设置有气体分析仪，所述气体分析仪用于监测氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的浓度，所述样品盘用于盛装圆柱形的固体材料，所述样品盘的下方设置有天平，所述第一冷却腔体和所述第二冷却腔体均用于通入冷却介质；

3、还包括用于测量所述固体材料底面温度的温度测量装置和用于测量所述固体材料顶面厚度的摄像机。

4、第二方面，本发明实施例提供了一种固体材料的可燃性评价方法，应用于上述实施例所述的系统，包括：

5、利用所述温度测量装置监测所述固体材料的底面温度；

6、利用所述摄像机监测所述固体材料的顶面厚度；

7、对所述底面温度和所述顶面厚度进行数值反演，得到所述固体材料的热物性参数；

8、将所述热物性参数作为输入样本以及将所述天平测得的质量损失作为输出样本，利用所述输入样本和所述输出样本构建热质输运模型，以利用所述热质输运模型预测待测样品的质量损失；

9、利用所述气体分析仪监测氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的浓度，以利用耗氧原理得到所述固体材料在热解燃烧过程中的热释放速率。

10、由上述方案可知，本发明提供的固体材料的可燃性评价系统及方法，通过设置温度测量装置，可以监测固体材料的底面温度；通过设置摄像机，可以监测固体材料的顶面厚度；然后对底面温度和顶面厚度进行数值反演，得到固体材料的热物性参数；这样将热物性参数作为输入样本以及将天平测得的质量损失作为输出样本，利用输入样本和输出样本构建热质输运模型，以利用热质输运模型预测待测样品的质量损失；通过设置气体分析仪，可以监测氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的浓度，以利用耗氧原理得到固体材料在热解燃烧过程中的热释放速率。因此，上述技术方案能够准确测定固体材料的可燃性评价指标。

技术特征：

1.一种固体材料的可燃性评价系统，其特征在于，包括密闭的热解腔室(1)、形成于所述热解腔室(1)上方的辐射加热器(2)、位于所述辐射加热器(2)正下方的样品盘(3)、形成于所述热解腔室(1)侧面的第一冷却腔体(4)、位于所述样品盘(3)外周的第二冷却腔体(5)以及位于所述第一冷却腔体(4)和所述第二冷却腔体(5)之间的换热介质(6)，所述热解腔室(1)的正上方设置有排气口(11)，热解气体能够从所述换热介质(6)的下方经所述换热介质(6)进入到所述热解腔室(1)内，所述换热介质(6)用于吸收所述热解气体的热量，所述排气口(11)设置有气体分析仪，所述气体分析仪用于监测氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的浓度，所述样品盘(3)用于盛装圆柱形的固体材料，所述样品盘(3)的下方设置有天平(31)，所述第一冷却腔体(4)和所述第二冷却腔体(5)均用于通入冷却介质；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辐射加热器(2)为圆台形结构，所述排气口(11)位于所述圆台形结构的顶面，所述样品盘(3)位于所述圆台形结构的底面的下方，所述圆台形结构底面的直径大于顶面的直径。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述样品盘(3)的底面设置有铜箔纸，所述铜箔纸上堵有已知辐射系数的黑漆，所述铜箔纸的正下方设置有呈45°倾斜放置的高反射镜(32)，所述温度测量装置(7)为红外热像仪，所述红外热像仪设置于所述高反射镜(32)的光线出射方向上。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述冷却介质为冷却水。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述换热介质(6)为陶瓷珠。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括滑轨，所述滑轨与所述辐射加热器(2)连接，所述辐射加热器(2)能够在所述滑轨上向上移动、向下移动、向左移动和向右移动。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述摄像机(8)位于所述热解腔室(1)的外部，所述第一冷却腔体(4)开设有可视窗口(41)，所述摄像机(8)能够透过所述可视窗口(41)拍摄到所述固体材料的顶面高度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括仿真软件，所述仿真软件用于对所述温度测量装置(7)测得的底面温度和所述摄像机(8)测得的顶面厚度进行数值反演，得到所述固体材料的热物性参数；其中，所述热物性参数用于作为输入样本，所述天平(31)测得的质量损失用于作为输出样本，所述输入样本和所述输出样本用于构建热质输运模型，所述热质输运模型用于预测待测样品的质量损失，所述待测样品和所述固体材料属于相同类型的材料。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述热物性参数包括导热系数、密度、深度吸收系数、辐射系数。

10.一种固体材料的可燃性评价方法，其特征在于，应用于权利要求9所述的系统，包括：

技术总结
本发明涉及可燃性评价技术领域，特别涉及一种固体材料的可燃性评价系统及方法。该系统通过设置温度测量装置，可以监测固体材料的底面温度；通过设置摄像机，可以监测固体材料的顶面厚度；然后对底面温度和顶面厚度进行数值反演，得到固体材料的热物性参数；这样将热物性参数作为输入样本以及将天平测得的质量损失作为输出样本，利用输入样本和输出样本构建热质输运模型，以利用热质输运模型预测待测样品的质量损失；通过设置气体分析仪，可以监测氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的浓度，以利用耗氧原理得到固体材料在热解燃烧过程中的热释放速率。因此，上述技术方案能够准确测定固体材料的可燃性评价指标。

技术研发人员：丁雁,周芷羽,黄威,汤楚彦,王鑫杨,秦佐己,张梦鑫,周克清
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31