CN102879292A - 一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，所述实验装置，主体由燃料补给系统、溢流系统、称重系统构成，所述的燃料补给系统，包括顶层燃料储池和补给燃料池，二者之间由不锈钢软管连接，不锈钢管道上的阀门可以控制油从顶层燃料储池流入补给燃料池的速率大小；所述的溢流系统，包括补给燃料池和底层燃料储池，二者之间亦通过不锈钢软管连接；所述的称重系统，包括天平、系统框架。本发明建立了一套保持燃料池火燃烧液面稳定的实验装置，燃烧池液面高度可以通过调节补给燃料池的高度来控制，调节系统灵活便捷，精度高。同时可以通过高精度天平测量实验的燃烧速率。

Description

一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置

技术领域

本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，其在可调整控制液面在不同的高度，同时测量质量燃烧速率的简便易操作实验研究装备。

背景技术

在火灾学及燃烧学研究技术领域，燃料池火燃烧行为都是一项十分重要的研究内容，燃料池燃烧的危害大，与它的火灾特征密切相关。燃料池火灾通常发展迅速、极易形成爆炸性火灾和大面积流淌火灾，灭火难度大、复燃现象普遍，其造成的直接和间接经济损失不可估量。如2011年7月11日，广东惠州大亚湾石化区中海石油炼化装置发生火灾事故，广东省出动消防车79辆，消防官兵472名对大火进行长达13个小时的扑救，火灾释放出大量颗粒物、一氧化碳等有毒有害物质，火势一度达到8层楼高。大火对周围环境甚至是海洋生态都造成极大的危害。2010年4月20日，美国墨西哥湾漏油并引发大火和爆炸，爆炸造成11名工作人员死亡以及17人受伤。多艘船只努力扑灭大火，但没有成功。钻油台燃烧后约36小时，最终于4月22日早上沉没，整个燃烧过程和后续的漏油事故造成数以百亿的经济损失。燃料池火灾的多发性和危害性迫使人们对此类火灾的燃烧速率、燃烧热力学性质等问题进行深入研究。

对于燃料池的燃烧行为，国内外已开展过一定研究。燃烧速率是其中最重要的参数。通常认为燃料池面积决定了其燃烧速率。而实际上，燃料层的厚度（深度）也会对燃烧速率产生重要影响。对于深燃料池，燃烧过程中仅燃料液面层直接被火焰加热，接收热反馈，维持燃烧。在逐渐达到稳定燃烧的过程中，液面高温燃料层会逐渐向下层低温燃料传热，燃料层内深度方向上会形成温度梯度。然而对于初始燃料量固定的燃料池，随着池内燃料的燃烧，燃料层厚度会逐渐减低。这种情况下，通过燃料池底部向外的热损失将不可忽略，甚至会占越来越重要的比重。另一方面，燃料液面下降之后，燃料池上部分将直接暴露在火焰内，火焰对壁面炙烤加热，壁面温度上升，壁面对燃料的热反馈会增加，促进燃料蒸发，燃料燃烧速率增加。这些因素都会对燃料池燃烧的稳定性造成重大影响。因此，维持燃料池液面高度，对于研究稳定燃烧状态下的燃料池火燃烧行为及其燃烧速率具有重要意义，而通常情况下，要使得燃料池燃烧达到上述的热平衡稳定状态，需要很长时间，根据燃料池大小的不同，这种所需达到稳定燃烧状态的时间要20-30分钟甚至更多，这就需要一种能长时间不间断向燃烧中的燃料池内补给燃料而持续维持燃料池燃烧过程中液面高度的实验装置；且由于研究不同燃料池深度对燃烧特性影响的需要，这种装置还要能实现控制燃料池液面的稳定高度在一定范围内连续可调。另一方面，由于燃料池内的液面高度不变，即其内部的质量不变，直接称量燃料池内的燃料质量，已不能用来确定燃料池燃烧的质量燃烧速率，因此，需要有其它办法来确定燃料池燃烧实验的质量燃烧速率。

鉴于上述技术问题的解决，在现有的技术资料中未发现有关这方面专用的实验装置的报道，能满足全面实现上述功能的需要；为了研究在稳定的燃烧液面状态下，燃料池火燃烧的实验现象以及燃烧速率等重要参数，本发明研发了一套可以全面满足上述功能需要，用来实现燃料池火燃烧液面稳定的实验装置。该装置不仅可以有效地自动维持燃烧过程中燃料池内液面的高度，有利于长时间观察稳定液面情况下达到稳定燃烧状态时的燃料池火实验现象和规律，且液面高度可控而可用于研究不用燃料池液面高度（燃料深度）情况下的燃烧行为；还可以通过计量整个装置系统总质量的方法，较为准确地实时监测和记录实验中燃料池火的燃烧速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，且稳定液面高度可控制和自由调节，用来研究燃料池火稳定燃烧时的行为特征及其受燃料池深度的影响，并实时测量其燃烧失重和质量燃烧速率。

本发明实现上述目的的技术方案如下：一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，所述实验装置包括燃料补给系统、溢流系统和称重系统，其中，

所述的燃料补给系统，包括顶层燃料储池和补给燃料池，二者之间由不锈钢软管连接，不锈钢软管上的阀门可以控制油从顶层燃料储池流入补给燃料池的速率大小。补给燃料池通过不锈钢软管与实验的燃烧池相连接，形成连通器体系。补给燃料池下方设有小型升降台，其高度连续可调，可以通过调节补给燃料池的高度来控制燃烧池中液面的高度，并使该高度在一定范围内连续可调，以便于研究不同稳定燃料液面高度情况下的燃烧池燃烧特性及燃烧速率。在燃料供应和燃烧的过程中，须保证燃料从顶层燃料储池流入补给燃料池的补给速率略大于燃烧池内燃料的燃烧（消耗）速率，多余的燃料通过溢流系统从补给燃料池流入底层燃料储池，使得燃烧实验可以长时间的一直持续进行并达到稳定燃烧状态。

所述的溢流系统，包括补给燃料池和底层燃料储池，二者之间亦通过不锈钢软管连接，如燃料补给系统所述，补给燃料池侧面有个溢流槽，当从顶层燃料储池流入补给燃料池的补给速率大于实验中燃烧池内燃料的燃烧（消耗）速率时，多余的燃料便会通过溢流槽和不锈钢软管，从补给燃料池流入底层燃料储池，使燃烧池内的液面始终保持与补给燃料池的液面高度相同。

所述的称重系统，包括天平、系统框架。所述的燃料补给系统和所述的溢流系统放置于系统框架上，系统框架整体放置于天平上。系统框架为钢结构，共三层，从上而下分别为顶层燃料储池，补给燃料池和底层燃料储池。

根据实验设计的要求不同，顶层、底层燃料储池和补给燃料池池的尺寸大小略有不同，其中顶层燃料储池和底层燃料储池体积略大于中间的补给燃料池。

所述天平实时测量并采集燃烧池火稳定燃烧时整个系统框架的质量，稳定燃烧阶段的系统质量减少速率即为燃烧池的质量燃烧速率。

本发明的优点和积极效果为：

本发明建立了一套保持燃料池火燃烧液面稳定的实验装置，燃烧池液面高度可以通过调节补给燃料池的高度来控制，调节系统灵活便捷，精度高。同时可以通过高精度天平测量实验的燃烧速率。

1、在调节燃烧池液面高度方面，通过一套简便易操作的连通器装置，调节燃烧池内液面高度与补给燃料池中液面高度一致，补给燃料池下方垫放一块高度可调整的小型升降平台（弹簧座），可以在一定范围内调节补给燃料池的高度，从而维持燃烧池内的油面高度，并可根据需要将该高度控制在所需要的位置，使燃料液面高度在一定范围内连续可调，以便于研究不同稳定燃料液面高度（燃料深度）情况下，燃烧池燃烧特性及燃烧速率。其工作方式为：燃烧池内液面高度与补给燃料池中液面高度一致，燃料从顶层燃料储池中流入补给燃料池的速率略大于燃料池火的燃烧速率，多余的部分从补给燃料池流入底层燃料储池。本发明装置简便易操作，在其对燃料液面的稳定下，实验可以长时间不断地持续进行，达到充分的稳定燃烧状态，便于观察到池火稳定燃烧时的各种燃烧现象并测量其燃烧速率。

2、在测量燃烧池的燃烧速率方面，整个框架系统放置在高精度天平上，调节燃料在每个阀门处的流入流出量，使得燃烧池液面保持恒定并一直稳定持续燃烧，天平实时测量整个系统的质量变化，稳定燃烧阶段整个系统质量减少的速率即为燃烧池火实验的燃烧速率。整个系统的误差小，精度高，重复性强。

附图说明

图1为称重系统主体结构；图中11．顶层燃料储池托板，12.补给燃料池托板，13.底层燃料储池托板，14.天平。

图2为燃烧池液面稳定及燃料补给系统；21.燃烧池，22.不锈钢软管3，23.阀门2，24.补给燃料池，25.不锈钢软管2，26.溢流槽，27.稳定液面高度。

图3为主体结构图；31.顶层燃料储池，32.阀门1，33.不锈钢软管1，24.补给燃料池，26.溢流槽，25.不锈钢软管2，37.底层燃料储池，23.阀门2，22.不锈钢软管3，21.燃烧池，311.调节螺丝，312.可调高度小型升降台。

具体实施方式

本发明的具体实施例如下：

见图1，实验用天平14的最大量程为34kg，精度为0.1g，称重平台将接收到的压力变化传送到数据采集模块中，并输入计算机，经转换后输出质量随时间变化的信号，数据采集时间间隔为1s。系统结构由三层支撑面组成，11为顶层燃料储池托板，12为补给燃料池托板，13为底层燃料储池托板，从上而下分别放置顶层燃料储池31、补给燃料池24和底层燃料储池37。结构支撑架由20mm×20mm的不锈方钢焊接而成，总体尺寸为40cm×40cm×100cm。

见图2，燃料补给系统是个简易的连通器装置。补给燃料池24与燃烧池21之间通过管道连接，考虑到部分实验燃料的腐蚀性和粘性，不锈钢软管22选择φ32mm的不锈钢201波纹软管，不锈钢软管22的各项力学性质和热学性质都能很好地符合实验要求。燃烧池21的尺寸大小可根据实验要求决定。实验开始后，燃料从顶层燃料储池31流向补给燃料池24，再通过补给燃料池24不断向燃烧池21供应燃料，补给燃料池24的高度通过其下面的小型升降台可以在一定范围内连续可调，从顶层燃料储池31流向补给燃料池24的燃料供应速率略大于燃烧池21的燃烧速率，多余的燃料从补给燃料池24流入底层燃料储池37。

见图3，整体框架图包括三层支撑架，顶层燃料储池31与底层燃料储池37的尺寸是30×30×30（cm），补给燃料池24的尺寸是20×20×15（cm）。顶层、底层燃料储池和补给燃料池24用透明的亚克力材料制成，由透明材料制作可随时观测油池内部的油量。这些燃料池的尺寸设计遵循如下原则：在不超出电子天平量程（34kg）的条件下，尽可能的使可维持的燃烧时间更长。因此顶层燃料储池31要提供足够的补给燃料，底层燃料储池37要能够容纳溢出的燃料，所以尺寸都需要设计得略大于中间的补给燃料池24。在补给燃料池24下方放置一个高度连续可调的小型可升降平台，可在一定范围内调整补给燃料池24乃至燃烧池21内的液面高度。试验开始后，可用阀门32控制顶层燃料储池燃料供应流量，使用阀门38可控制补给燃料池向燃烧池的燃料供应流量，实验结束时可首先关闭阀门38，停止燃烧。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述内容做的任何变更、修饰均属于权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，其特征在于：所述实验装置包括燃料补给系统、溢流系统和称重系统，其中，

所述的燃料补给系统，包括顶层燃料储池和补给燃料池，二者之间由不锈钢软管连接，不锈钢软管上的阀门（23）可以控制油从顶层燃料储池（31）流入补给燃料池（24）的速率大小，补给燃料池（24）通过不锈钢软管与实验的燃烧池相连接，形成连通器体系，补给燃料池（24）下方设有小型升降台，其高度连续可调，可以通过调节补给燃料池的高度来控制燃烧池中液面的高度，并使该高度在一定范围内连续可调，以便于研究不同稳定燃料液面高度情况下的燃烧池燃烧特性及燃烧速率，在燃料供应和燃烧的过程中，须保证燃料从顶层燃料储池（31）流入补给燃料池（24）的补给速率略大于燃烧池（21）内燃料的燃烧速率，多余的燃料通过溢流系统从补给燃料池流（24）入底层燃料储池（37），使得燃烧实验可以长时间的一直持续进行并达到稳定燃烧状态；

所述的溢流系统，包括所述的补给燃料池（24）和底层燃料储池（37），二者之间亦通过不锈钢软管连接，补给燃料池（24）侧面有个溢流槽，当从顶层燃料储池（31）流入补给燃料池（24）的补给速率大于实验中燃烧池内燃料的燃烧速率时，多余的燃料便会通过溢流槽和不锈钢软管，从补给燃料池（24）流入底层燃料储池（37），使燃烧池（21）内的液面始终保持与补给燃料池（24）的液面高度相同；

所述的称重系统，包括天平（14）、系统框架，所述的燃料补给系统和所述的溢流系统放置于系统框架上，系统框架整体放置于所述天平（14）上，系统框架为钢结构，共三层，从上而下分别为顶层燃料储池托板（11），补给燃料池托板（12）和底层燃料储池托板（13），从上到下分别放置顶层燃料储池（31），补给燃料池（21）和底层燃料储池（37）。

2.根据权利要求1所述的一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，其特征在于：根据实验设计的要求不同，顶层、底层燃料储池和补给燃料池的尺寸大小略有不同，其中顶层燃料储池和底层燃料储池体积略大于中间的补给燃料池。

3.根据权利要求1所述的一种能够实现液面持续稳定的燃烧实验装置，其特征在于：所述天平（14）实时测量并采集燃烧池火稳定燃烧时整个系统框架的质量，稳定燃烧阶段的系统质量减少速率即为燃烧池的质量燃烧速率。

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