CN105973936A - 一种恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，包括输出功率并且对热源功率实时调节反馈的电路、盛装堆积材料的立方体金属网篮、采集温度数据的热电偶和数据采集仪以及集烟罩。金属网篮通过铁钩固定在距离地面一定位置处的支架上，金属热颗粒位于金属网篮中心位置处，在热颗粒中心水平方向两边对称布置有采集温度数据的热电偶，通过数据采集仪采集温度数据。在支架上方设有集烟罩。通过恒定功率球形金属热颗粒加热作用下可燃堆积材料燃烧性能测试，可获得不同尺寸、不同恒定功率的金属热颗粒加热条件下堆积材料的引燃时间、发生燃烧行为的临界功率、阴燃传播的温度，从而为堆积材料火灾安全防范和新的堆积材料火灾安全检测方法提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆积材料的火灾安全测试装置，尤其涉及一种恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料的燃烧性能测试装置。
背景技术
在人类生活与工业生产、运输、贮存过程中，电焊操作、烟花燃放、工业磨削和高压电线碰撞等会产生高温热颗粒或者热接触面，形成热源。与明火火源相比，热颗粒体积小，携带能量低，不易被检测到。一旦热颗粒热源接触到堆积材料或者嵌入堆积材料内部，就有可能点燃材料，引发材料燃烧，对工业生产及仓库贮存安全造成巨大威胁。测试局部热颗粒加热作用下堆积材料的燃烧性能，对于工业生产及仓库贮存安全、火灾检测具有重要意义。现有的评价固体材料燃烧性能的检测方法有热重分析法、等热/绝热量热法、差示扫描量热法、金属网篮法、交叉温度点方法等。其中热重分析法、等热/绝热量热法和差示扫描量热法可以测得堆积材料在外部加热条件下反应的热力学和动力学参数，但由于样品尺度小，与实际情况有所偏差。金属网篮法，交叉温度点方法等主要用来测试材料的热自燃行为，不适用于测试热颗粒热源作用下材料的燃烧性能。由于边界条件和初始条件不同，上述检测方法虽然能测试材料本身燃烧行为的某些特性，但并不适用于测试金属热颗粒加热作用下堆积材料的燃烧性能。热颗粒加热作用下堆积材料的燃烧行为是由热源向未燃烧材料的热传导过程、材料局部受热并燃烧放热过程、材料燃烧加热区向周边蔓延过程耦合作用的结果。对于这一类实际场景下堆积材料燃烧性能的检测，不但需要考虑堆积材料本身的性质(如密度、孔隙率、燃烧热、含水率等)，而且要考虑热颗粒本身的性质(粒径、热通量、导热率等)。目前并没有针对材料表面或者内部在局部热颗粒加热作用下燃烧这一情景的火灾危险性检测装置和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，包括对热颗粒输出功率并且对热源功率实时调节反馈的电路、盛装堆积材料的立方体金属网篮、采集温度数据的热电偶和数据采集仪以及集烟罩，金属网篮通过铁钩固定在距离地面一定位置处的支架上，金属热颗粒位于金属网篮中心位置处，在金属热颗粒中心水平方向两边对称布置采集温度数据的热电偶，通过数据采集仪采集温度数据，在支架上方设有集烟罩和排烟管道。
其中，测试装置在堆积材料内部布置有金属热颗粒热源。
其中，一定直径的空心黄铜金属球内置弹簧状电阻丝形成表面热通量均匀的金属热颗粒热源。
其中，所述金属热颗粒热源通过采用一种恒定功率调节电路对功率进行控制，实现稳定的输出功率。
其中，测试装置使用立方体金属网篮盛装测试材料，六个面均允许气体流动，更贴近散装工业材料堆积状态。
本发明的原理在于：一定直径的空心黄铜金属球内置弹簧状电阻丝形成表面热通量均匀的热源，由于电阻丝阻值会随着温度增加而增大，因此，本发明并没有使用恒压直流电源，而是使用电路对电阻丝的输出功率进行实时调节，使其稳定。该电路对输出功率的实时调节原理如下：电路采用直流电压供压，通过采样电阻采集流经电阻丝的电流，可以计算得出与电阻丝串联的定值电阻的电压，然后计算得到电阻丝的电压，从而计算出电阻丝的输出功率。当电阻丝输出功率发生变化，电路通过单片机调节电压占空比，调整电阻丝电压，达到使电阻丝输出功率稳定的目的。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，将金属热颗粒布置在立方体金属网篮中心位置处，通过具有反馈调节功能的电路为金属热颗粒热源输出不同的恒定功率，来模拟不同尺寸金属热颗粒嵌入可燃堆积材料内部的实际火灾场景，对堆积材料内部温度分布进行分析，从而获得不同尺寸、不同恒定功率的金属热颗粒加热作用下堆积材料的引燃时间、发生燃烧行为的临界功率、阴燃传播的温度，从而发展新的堆积材料火灾危险性检测方法，为工业生产及材料贮存过程中可燃堆积材料的火灾安全防护措施提供指导。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)针对可燃堆积材料内部嵌有热颗粒的火灾场景构建测试装置，一定程度上对现有的材料燃烧性能测试方法进行了补充，弥补现有测试方法对此火灾场景测试的不足。
(2)本测试装置采用恒定功率调节电路对金属热颗粒热源的功率进行控制，实现较为稳定的输出功率。可以模拟恒定功率加热条件、限定时间的定功率加热条件等不同火灾场景，研究不同场景下可燃堆积材料的燃烧行为。
(3)本测试装置使用立方体金属网篮盛装测试材料，六个面均允许气体流动，一定程度上更接近实际散装工业堆积材料的状态。
附图说明
图1为本发明实施例提供的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中恒定功率输出电路的原理框图；
图3为本发明实施例中热电偶布置示意图；
图4为本发明实施例中金属热颗粒热源结构示意图；
图中：1为球形金属热颗粒，2为恒功率调节电路板，3为热电偶，4为热电偶固定装置，5为数据采集仪，6为立方体金属网篮，7为电路导线，8为集烟罩，9为电路导线，10为导线压接铜端子，11为弹簧状电阻丝，12为空心金属球，13为刚玉管。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，其较佳的具体实施方式是：
包括输出功率并且对热源功率实时调节反馈的电路、盛装堆积材料的立方体金属网篮、采集温度数据的热电偶和数据采集仪以及集烟罩。金属网篮通过铁钩固定在距离地面一定位置处的支架上，金属热颗粒位于金属网篮中心位置处，在热颗粒中心水平方向两边对称布置有热电偶，通过数据采集仪采集温度数据。在测试装置上方设有集烟罩和排烟管道。
所述球形金属热颗粒是由壁厚0.2mm的空心黄铜金属球内置弹簧状电阻丝组成的，电路导线从金属球直径两端穿进金属球与电阻丝连接。电路导线外套直径3mm的刚玉管作绝缘保护层。
所述立方体金属网篮仅有上表面开口，其余面均为孔隙很小的金属网(300目金属网)。
所述热电偶对称布置在热颗粒水平两侧，采用直径1mm的K型热电偶进行温度测量。
所述恒定功率调节电路通过USB串口连接到电脑，通过在串口调试助手界面的操作可更改所需的恒定输出功率，并可实时采集、记录输出功率值。
本发明的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，在堆积材料内部放置具有恒定功率的球形金属热颗粒，可以调节球形金属热颗粒的输出功率、金属热颗粒的尺寸，模拟出实际火灾场景下堆积材料的受热条件，对堆积材料内部温度分布进行详细分析，从而获得堆积材料在不同场景下的燃烧行为特征，如堆积材料的引燃时间、发生燃烧行为的临界功率、阴燃传播的温度，从而为工业生产及材料贮存过程中可燃堆积材料的火灾安全防范提供指导，并发展新的堆积材料火灾危险性检测方法。
实施例如图1所示，立方体金属网篮6悬挂在支架上，边长为10cm。球形金属热颗粒1位于网篮中心，从网篮前后两侧与电路导线7连接、与恒定功率调节电路板2构成回路，恒定功率调节电路板2通过USB串口连接到电脑上，在电脑上通过串口助手操作界面可以设定输出功率值，实时记录、保存输出功率值。在球形金属热颗粒1左右两侧对称布置温度测点，如图3所示，每侧相邻热电偶间距1cm。支架上方有热电偶固定装置4用来固定热电偶位置。数据采集仪5实时采集记录温度数据。集烟罩8位于支架上方。
进行实验前，首先将立方体金属网篮6固定在支架上，其次将球形金属热颗粒1与恒定功率调节电路板2连接，然后调整球形金属热颗粒1与热电偶的位置，最后将固定质量的材料均匀放入立方体金属网篮6。进行实验时，首先打开排烟风机，关窗。然后，打开数据采集仪5、在电脑上打开与数据采集仪配套使用的温度采集软件开始进行温度测量和记录。打开串口调试助手、打开端口、点触单片机设定热源输出功率、打开电路直流供电开关，电路开始稳定输出功率。一段时间后，根据测得的材料内部温度分布曲线以及材料燃烧情况，可以分析材料在恒定功率球形金属热颗粒加热作用下是否发生燃烧行为、热颗粒的引燃时间和材料阴燃传播的温度等，可以分析不同尺寸、恒定功率的热颗粒对材料燃烧行为的影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，其特征在于：包括输出功率并且对热源功率实时调节反馈的电路、盛装堆积材料的立方体金属网篮、采集温度数据的热电偶和数据采集仪以及集烟罩，金属网篮通过铁钩固定在距离地面一定位置处的支架上，球形金属热颗粒位于金属网篮中心位置处，在球形金属热颗粒中心水平方向两边对称布置有采集温度数据的热电偶，通过数据采集仪采集温度数据，在支架上方设有集烟罩，集烟罩和排烟管道连接。
2.根据权利要求1所述的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，其特征在于：测试装置在堆积材料内部布置有金属热颗粒热源。
3.根据权利要求2所述的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，其特征在于：热源由一定直径的空心黄铜金属球内置弹簧状电阻丝构成并实现表面热流密度均匀。
4.根据权利要求2所述的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，其特征在于：所述金属热颗粒热源通过采用一种恒定功率调节电路对功率进行控制，实现稳定的输出功率。
5.根据权利要求1所述的恒定功率球形金属热颗粒加热作用下堆积材料燃烧性能测试装置，其特征在于：测试装置使用立方体金属网篮盛装测试材料，六个面均允许气体流动，更接近实际散装工业材料堆积状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160928 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |