CN106442858B - 不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，包括如下步骤：调节试样架尺寸；调节试样架倾斜角度；固定可燃物；启动气体调控系统和气体均匀装置；开启计算机，打开分析软件；打开操作主面板中的开始按钮；通气30s，以确保燃烧室内气体达到指定氮氧比例及气体温湿度；可燃物燃烧得到数据；实验数据分析。本发明利用气体混合控制元件和恒温恒湿控制元件实现气体混合和加温、加湿过程，从而能够有效控制气体中氮氧比例及气体温湿度，对不同环境(不同湿度、不同氧浓度)条件下可燃物燃烧过程中的质量损失速率、试样表面温度以及烟气毒性进行实时、定量评估和分析，以此对该可燃物的倾斜燃烧特性进行定量评估。
Description
技术领域
本发明涉及不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，主要用于消防教学与科研工作中，属于实验教学领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，竖向布置的大面积可燃物越来越多地出现在城市建筑中。例如城市建筑装修、大型娱乐商场内部悬挂的装饰用品、建筑外墙大型广告牌、影剧院幕布等。这些薄型可燃物大多处于公众聚集场所，极易接触点火源，一旦被引燃，火焰将会快速地蔓延并引燃相邻可燃物，形成难以控制的大面积立体火灾。可燃物竖向燃烧火灾的发生给建筑防火专家们带来了新的研究课题，可燃物竖向火灾防治措施需要新的实验研究方法和设备的支持。目前，国内可燃物倾斜(竖向)燃烧特性实验方法仅能在某一特定环境下进行特性参数的测定，并不能模拟不同环境条件，如不同温湿度、不同氧浓度，因此不能科学的反映可燃物在不同环境(如高原环境、高湿度环境)条件下燃烧过程的危害性。
现有可燃物火蔓延特性实验方法通常只能调整可燃物的倾斜角度及可燃物的尺寸，且只能在特定氧浓度及恒定的温湿度环境下进行，并不能测定不同环境(如高原环境、高湿度环境)条件下可燃物多角度倾斜燃烧的特性参数，无法揭示温湿度效应、氧浓度效应对可燃物燃烧的影响机制。可知现有实验方法测得的数据较为单一，对实验地开展有极大的限制作用，因此急需研发一种能够有效控制氧浓度、气体温湿度的可燃物火蔓延特性实验方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足设计了不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，发明能够在不同温湿度、氧浓度的环境条件下进行可燃物的火蔓延特性实验，实验过程中能够实时输出可燃物燃烧的质量损失速率、烟气毒性、试样表面温度，使得仪器所提供的实验环境更加的宽泛，从而得到更加全面、真实的火蔓延特性参数，揭示温湿度效应、氧浓度效应对可燃物火蔓延过程的影响机制。
本发明为实现以上目的，采用如下方案：不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，实现该方法的装置包括实验台、分析控制柜、气体储气瓶组，所述实验台包括燃烧室、气体均匀装置、试样架、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置、称重传感器、线性点火装置、嵌入式热电偶、烟气采集装置、集烟罩和烟道，所述燃烧室的内部形成一个上部开口的容纳空间，所述集烟罩设置在所述燃烧室的上方并连接所述燃烧室的开口部，所述烟道与所述集烟罩连接，所述气体均匀装置、试样架、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置、称重传感器、线性点火装置、嵌入式热电偶、烟气采集装置设置在所述燃烧室内，所述称重传感器用于记录可燃物燃烧过程中的质量变化，所述线性点火装置用于引燃可燃物，所述嵌入式热电偶用于记录试样表面温度，所述烟气采集装置采集烟气试样输送到所述分析控制柜，所述分析控制柜包括操作主面板、气体调控系统、烟气毒性分析仪、温度数据采集装置、计算机主机、计算机显示器、鼠标键盘，所述气体调控系统用于控制气体混合比例及温湿度，所述烟气毒性分析仪接收所述烟气采集装置采集的烟气试样，分析烟气成分并将分析结果输出至计算机主机，所述温度数据采集装置接收所述嵌入式热电偶记录的数据，分析试样表面温度并将分析结果输出至计算机主机，所述计算机主机记录烟气毒性分析仪、温度数据采集装置以及称重传感器数据，所述鼠标键盘与所述计算机主机连接，所述计算机显示器与所述计算机主机连接，实验方法步骤如下：
1)调节试样架尺寸，根据实验尺寸要求，调整可调节式可燃物固定装置的位置，所述可调节式可燃物固定装置为2对竖向夹板，所述试样架的上下边框均匀设有螺孔，所述竖向夹板的两端通过螺钉与所述试样架连接，当进行较窄尺寸试验时，即需要减小竖向夹板间的宽度，调节至实验所需的位置，拧紧螺钉，当进行较宽尺寸试验时，即需要增大竖向夹板间的宽度，调节至实验所需的位置，拧紧螺钉；
2)调节试样架倾斜角度，所述倾斜角度调节装置包括基座、旋转轴承、固定销钉，所述基座套接在所述旋转轴承上，所述旋转轴承与所述试样架的竖边框固定连接，当所述旋转轴承沿水平轴线旋转时带动所述试样架旋转，所述基座和所述旋转轴承的圆周上均匀设有36个通孔，当所述试样架调节至合适角度时，所述固定销钉穿过所述基座和所述旋转轴承上对应的通孔完成固定，调节时将固定销钉从通孔中拔出，旋转试样架，每转动一个孔洞距离，试样架转动10度，当调节至合适角度后，将固定销钉插入所述基座通孔，穿过旋转轴承的通孔，即可实现所需实验角度的固定任务；
3)将可燃物直接固定在可调节式可燃物固定装置中，完成可燃物的悬挂工作；
4)打开所述分析控制柜电源开关，启动气体调控系统和气体均匀装置，打开氮气和氧气气瓶，调节氮气输入压力调节旋钮和氧气输入压力调节旋钮至指定输入压力，调节氮氧比例调节旋钮控制氮气、氧气的输入比例，并以一定压力输出到恒温恒湿腔室内，调节湿度调控盘、温度调控盘，直至腔室内混合气体达到指定的温湿度，调节混合气体输出压力旋钮，控制气体的输出压力和流速，混合气体通过气体均匀装置以较低流速均匀地进入燃烧室内；
5)开启计算机，打开与该设备相配套的分析软件，分析软件主要用于记录实验过程中烟气毒性分析仪、温度数据采集装置、称重传感器所记录的实验数据；
6)打开操作主面板中的开始按钮，实时记录实验中的试样表面温度、质量损失速率以及烟气毒性；
7)通气30s，以确保燃烧室内气体达到指定氮氧比例及温湿度，打开甲烷气瓶，按下试样点火按钮，线性点火装置点火，并点燃可燃物；
8)可燃物着火，关闭所述线性点火装置和甲烷气瓶，火焰延可燃物向上蔓延，当可燃物延烧完毕，整个燃烧过程结束，关闭氮气、氧气气瓶，关闭气体调控系统和气体均匀装置，将实验所得数据统一输出，保存实验数据，关闭计算机，关闭分析控制柜电源开关，实验结束；
9)实验数据分析，对不同温湿度、不同氧浓度条件下可燃物燃烧过程中的各燃烧性能参数进行定量分析，重点分析试样表面温度、质量损失速率以及烟气毒性参数，其分析结果可以直接用于计算机仿真模拟，建筑火灾危险评估等火灾风险评估应用中。
进一步的，所述气体调控系统主要包括氮气输入端、氧气输入端、配比阀、电磁阀、恒温恒湿腔室、加湿装置、加热装置、湿度传感器、温度传感器，所述配比阀调节氮气和氧气的输入比例，气体均匀混合后通过电磁阀进入恒温恒湿腔室，所述加湿装置、加热装置分别调节所述混合气体的湿度和温度，所述湿度传感器、温度传感器采集所述恒温恒湿腔室内的湿度、温度数据，所述气体调控系统通过PID控制。
进一步的，所述气体均匀装置包括气体打散装置和气体输出板，所述气体打散装置设置在所述气体输出板一侧，所述气体打散装置为一个可以绕中心轴旋转的圆盘，所述圆盘沿圆周均匀设有若干扇形通孔，所述圆盘平行于所述气体输出板，所述气体输出板上均匀设有若干通孔，气体经过所述气体打散装置均匀打散流动方向，然后通过所述气体输出板上的通孔进入所述燃烧室。
进一步的，所述操作主面板主要包括温度调控盘、湿度调控盘、氮气输入压力表盘及调节旋钮、氧气输入压力表盘及调节旋钮、混合气体输出压力表盘及调节旋钮、氮氧比例表盘及调节旋钮、急停按钮、电源开关按钮和开始测量按钮。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、利用气体混合控制元件和恒温恒湿控制元件实现气体混合和加温、加湿过程，从而能够有效控制气体中氮氧比例及温湿度，对不同环境(不同湿度、不同氧浓度)条件下可燃物燃烧过程中的质量损失速率、试样表面温度以及烟气毒性进行实时、定量评估和分析，以此对该可燃物的倾斜燃烧特性进行定量评估；
2、倾斜角度调节装置实现试样架不同倾斜角度(0～180°，有效间隔为10°)的调整，调整角度更精确；增设气体均匀装置，可以确保混合气体以较低流速均匀进入燃烧室内。
附图说明
图1为本发明所述实验装置的整体结构示意图；
图2为分析控制柜示意图；
图3为气体调控系统的原理图；
图4为气体均匀装置结构示意图；
图5为试样架、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置结构示意图；
图6为倾斜角度调节装置放大示意图；
图中：1、实验台，2、分析控制柜，3、气体储气瓶组，4、燃烧室，5、气体均匀装置，6、称重传感器，7、线性点火装置，8、嵌入式热电偶，9、集烟罩，10、烟道，11、操作主面板，12、气体调控系统，13、烟气毒性分析仪，14、温度数据采集装置，15、计算机主机，16、计算机显示器，17、鼠标键盘，18、恒温恒湿腔室，19、气体打散装置，20、气体输出板，21、基座，22、旋转轴承，23、竖向夹板，24、试样架，31、氮气输入端，32、氧气输入端，33、配比阀，34、电磁阀，35、加湿装置，36、加热装置，37、湿度传感器，38、温度传感器，39、球阀，40、压力控制器，41、压力表，42、平衡阀，43、单向阀，44、节流阀，45、风扇。
具体实施方式
结合图1至图6所示的实现本实验方法的实验装置，包括实验台1、分析控制柜2、气体储气瓶组3，所述实验台1包括燃烧室4、气体均匀装置5、试样架24、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置、称重传感器6、线性点火装置7、嵌入式热电偶8、烟气采集装置、集烟罩9和烟道10，所述燃烧室4的内部形成一个上部开口的容纳空间，所述集烟罩9设置在所述燃烧室4的上方并连接所述燃烧室4的开口部，所述烟道10与所述集烟罩9连接，所述气体均匀装置5、试样架24、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置、称重传感器6、线性点火装置7、嵌入式热电偶8、烟气采集装置设置在所述燃烧室4内，所述称重传感器6用于记录可燃物燃烧过程中的质量变化，所述线性点火装置7用于引燃可燃物，所述嵌入式热电偶8用于记录试样表面温度，所述烟气采集装置采集烟气试样输送到所述分析控制柜，所述分析控制柜2包括操作主面板11、气体调控系统12、烟气毒性分析仪13、温度数据采集装置14、计算机主机15、计算机显示器16、鼠标键盘17，所述气体调控系统12用于控制气体混合比例及温湿度，所述烟气毒性分析仪13接收所述烟气采集装置采集的烟气试样，分析烟气成分并将分析结果输出至计算机主机15，所述温度数据采集装置14接收所述嵌入式热电偶8记录的数据，分析试样表面温度并将分析结果输出至计算机主机15，所述计算机主机15记录烟气毒性分析仪13、温度数据采集装置14以及称重传感器6数据，所述鼠标键盘17与所述计算机主机15连接，所述计算机显示器16与所述计算机主机15连接。所述操作主面板11主要包括温度调控盘、湿度调控盘、氮气输入压力表盘及调节旋钮、氧气输入压力表盘及调节旋钮、混合气体输出压力表盘及调节旋钮、氮氧比例表盘及调节旋钮、急停按钮、电源开关按钮和开始测量按钮。
实验方法步骤如下：
1)调节试样架24尺寸，根据实验尺寸要求，调整可调节式可燃物固定装置的位置，所述可调节式可燃物固定装置为2对竖向夹板23，所述试样架24的上下边框均匀设有螺孔，所述竖向夹板23的两端通过螺钉与所述试样架24连接，当进行较窄尺寸试验时，即需要减小竖向夹板间的宽度，调节至实验所需的位置，拧紧螺钉，当进行较宽尺寸试验时，即需要增大竖向夹板间的宽度，调节至实验所需的位置，拧紧螺钉；
2)调节试样架24倾斜角度，所述倾斜角度调节装置包括基座21、旋转轴承22、固定销钉，所述基座21套接在所述旋转轴承22上，所述旋转轴承22与所述试样架24的竖边框固定连接，当所述旋转轴承22沿水平轴线旋转时带动所述试样架24旋转，所述基座21和所述旋转轴承22的圆周上均匀设有36个通孔，当所述试样架24调节至合适角度时，所述固定销钉穿过所述基座21和所述旋转轴承22上对应的通孔完成固定，调节时将固定销钉从通孔中拔出，旋转试样架24，每转动一个孔洞距离，试样架24转动10度，当调节至合适角度后，将固定销钉插入所述基座通孔，穿过旋转轴承的通孔，即可实现所需实验角度的固定任务；
3)将可燃物直接固定在可调节式可燃物固定装置中，完成可燃物的悬挂工作；
4)打开所述分析控制柜电源开关，启动气体调控系统和气体均匀装置，打开氮气和氧气气瓶，调节氮气输入压力调节旋钮和氧气输入压力调节旋钮至指定输入压力，调节氮氧比例调节旋钮控制氮气、氧气的输入比例，并以一定压力输出到恒温恒湿腔室内，调节湿度调控盘、温度调控盘，直至腔室内混合气体达到指定的温湿度，调节混合气体输出压力旋钮，控制气体的输出压力和流速，混合气体通过气体均匀装置以较低流速均匀地进入燃烧室内；
5)开启计算机，打开与该设备相配套的分析软件，分析软件主要用于记录实验过程中烟气毒性分析仪、温度数据采集装置、称重传感器所记录的实验数据；
6)打开操作主面板中的开始按钮，实时记录实验中的试样表面温度、质量损失速率以及烟气毒性；
7)通气30s，以确保燃烧室内气体达到指定氮氧比例及温湿度，打开甲烷气瓶，按下试样点火按钮，线性点火装置点火，并点燃可燃物；
8)可燃物着火，关闭所述线性点火装置和甲烷气瓶，火焰延可燃物向上蔓延，当可燃物延烧完毕，整个燃烧过程结束，关闭氮气、氧气气瓶，关闭气体调控系统和气体均匀装置，将实验所得数据统一输出，保存实验数据，关闭计算机，关闭分析控制柜电源开关，实验结束；
9)实验数据分析，对不同温湿度、不同氧浓度条件下可燃物燃烧过程中的各燃烧性能参数进行定量分析，重点分析试样表面温度、质量损失速率以及烟气毒性参数，其分析结果可以直接用于计算机仿真模拟，建筑火灾危险评估等火灾风险评估应用中。
如图3所示，所述气体调控系统12主要包括氮气输入端31、氧气输入端32、配比阀33、电磁阀34、恒温恒湿腔室18、加湿装置35、加热装置36、湿度传感器37、温度传感器38，所述配比阀33调节氮气和氧气的输入比例，气体均匀混合后通过电磁阀34进入恒温恒湿腔室18，该腔室由调温和增湿两部分组成，通过内部温、湿度传感器采集的数据，传至温、湿度控制器进行编辑处理，最终达到气体控制所需的温湿度，同时设有气体搅拌装置，以确保腔室内气体加温、加湿的均匀性。当该腔室内压力下降到设定的压力时，气体调控系统12工作，当压力达到设定的上限值时，气体调控系统12停止工作。所述加湿装置35、加热装置36分别调节所述混合气体的湿度和温度，所述湿度传感器37、温度传感器38采集所述恒温恒湿腔室18内的湿度、温度数据，所述气体调控系统通过PID控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，实现该方法的装置包括实验台(1)、分析控制柜(2)、气体储气瓶组(3)，所述实验台(1)包括燃烧室(4)、气体均匀装置(5)、试样架(24)、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置、称重传感器(6)、线性点火装置(7)、嵌入式热电偶(8)、烟气采集装置、集烟罩(9)和烟道(10)，所述燃烧室(4)的内部形成一个上部开口的容纳空间，所述集烟罩(9)设置在所述燃烧室(4)的上方并连接所述燃烧室(4)的开口部，所述烟道(10)与所述集烟罩(9)连接，所述气体均匀装置(5)、试样架(24)、倾斜角度调节装置、可调节式可燃物固定装置、称重传感器(6)、线性点火装置(7)、嵌入式热电偶(8)、烟气采集装置设置在所述燃烧室(4)内，所述称重传感器(6)用于记录可燃物燃烧过程中的质量变化，所述线性点火装置(7)用于引燃可燃物，所述嵌入式热电偶(8)用于记录试样表面温度，所述烟气采集装置采集烟气试样输送到所述分析控制柜，所述分析控制柜(2)包括操作主面板(11)、气体调控系统(12)、烟气毒性分析仪(13)、温度数据采集装置(14)、计算机主机(15)、计算机显示器(16)、鼠标键盘(17)，所述气体调控系统(12)用于控制气体混合比例及温湿度，所述烟气毒性分析仪(13)接收所述烟气采集装置采集的烟气试样，分析烟气成分并将分析结果输出至计算机主机(15)，所述温度数据采集装置(14)接收所述嵌入式热电偶(8)记录的数据，分析试样表面温度并将分析结果输出至计算机主机(15)，所述计算机主机(15)记录烟气毒性分析仪(13)、温度数据采集装置(14)以及称重传感器(6)数据，所述鼠标键盘(17)与所述计算机主机(15)连接，所述计算机显示器(16)与所述计算机主机(15)连接，所述操作主面板(11)主要包括温度调控盘、湿度调控盘、氮气输入压力表盘及调节旋钮、氧气输入压力表盘及调节旋钮、混合气体输出压力表盘及调节旋钮、氮氧比例表盘及调节旋钮、急停按钮、电源开关按钮和开始测量按钮，所述气体调控系统(12)包括恒温恒湿腔室，其特征在于，实验方法步骤如下：
1)调节试样架(24)尺寸，根据实验尺寸要求，调整可调节式可燃物固定装置的位置，所述可调节式可燃物固定装置为2对竖向夹板(23)，所述试样架(24)的上下边框均匀设有螺孔，所述竖向夹板(23)的两端通过螺钉与所述试样架(24)连接，当进行较窄尺寸试验时，即需要减小竖向夹板间的宽度，调节至实验所需的位置，拧紧螺钉，当进行较宽尺寸试验时，即需要增大竖向夹板间的宽度，调节至实验所需的位置，拧紧螺钉；
2)调节试样架(24)倾斜角度，所述倾斜角度调节装置包括基座(21)、旋转轴承(22)、固定销钉，所述基座(21)套接在所述旋转轴承(22)上，所述旋转轴承(22)与所述试样架(24)的竖边框固定连接，当所述旋转轴承(22)沿水平轴线旋转时带动所述试样架(24)旋转，所述基座(21)和所述旋转轴承(22)的圆周上均匀设有36个通孔，当所述试样架(24)调节至合适角度时，所述固定销钉穿过所述基座(21)和所述旋转轴承(22)上对应的通孔完成固定，调节时将固定销钉从通孔中拔出，旋转试样架(24)，每转动一个孔洞距离，试样架(24)转动10度，当调节至合适角度后，将固定销钉插入所述基座通孔，穿过旋转轴承的通孔，即可实现所需实验角度的固定任务；
3)将可燃物直接固定在可调节式可燃物固定装置中，完成可燃物的悬挂工作；
4)打开所述分析控制柜电源开关，启动气体调控系统和气体均匀装置，打开氮气和氧气气瓶，调节氮气输入压力调节旋钮和氧气输入压力调节旋钮至指定输入压力，调节氮氧比例调节旋钮控制氮气、氧气的输入比例，并以一定压力输出到恒温恒湿腔室内，调节湿度调控盘、温度调控盘，直至腔室内混合气体达到指定的温湿度，调节混合气体输出压力旋钮，控制气体的输出压力和流速，混合气体通过气体均匀装置以较低流速均匀地进入燃烧室内；
5)开启计算机，打开与该设备相配套的分析软件，分析软件主要用于记录实验过程中烟气毒性分析仪、温度数据采集装置、称重传感器所记录的实验数据；
6)打开操作主面板中的开始按钮，实时记录实验中的试样表面温度、质量损失速率以及烟气毒性；
7)通气30s，以确保燃烧室内气体达到指定氮氧比例及温湿度，打开甲烷气瓶，按下试样点火按钮，线性点火装置点火，并点燃可燃物；
8)可燃物着火，关闭所述线性点火装置和甲烷气瓶，火焰延可燃物向上蔓延，当可燃物延烧完毕，整个燃烧过程结束，关闭氮气、氧气气瓶，关闭气体调控系统和气体均匀装置，将实验所得数据统一输出，保存实验数据，关闭计算机，关闭分析控制柜电源开关，实验结束；
9)实验数据分析，对不同温湿度、不同氧浓度条件下可燃物燃烧过程中的各燃烧性能参数进行定量分析，重点分析试样表面温度、质量损失速率以及烟气毒性参数，其分析结果可以直接用于计算机仿真模拟，建筑火灾危险评估的火灾风险评估应用中。
2.如权利要求1所述的不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，其特征在于：所述气体调控系统(12)主要包括氮气输入端(31)、氧气输入端(32)、配比阀(33)、电磁阀(34)、恒温恒湿腔室(18)、加湿装置(35)、加热装置(36)、湿度传感器(37)、温度传感器(38)，所述配比阀(33)调节氮气和氧气的输入比例，气体均匀混合后通过电磁阀(34)进入恒温恒湿腔室(18)，所述加湿装置(35)、加热装置(36)分别调节所述混合气体的湿度和温度，所述湿度传感器(37)、温度传感器(38)采集所述恒温恒湿腔室(18)内的湿度、温度数据，所述气体调控系统(12)通过PID控制。
3.如权利要求1所述的不同温湿度、氧浓度条件下可燃物火蔓延特性实验方法，其特征在于：所述气体均匀装置(5)包括气体打散装置(19)和气体输出板(20)，所述气体打散装置(19)设置在所述气体输出板(20)一侧，所述气体打散装置为一个可以绕中心轴旋转的圆盘，所述圆盘沿圆周均匀设有若干扇形通孔，所述圆盘平行于所述气体输出板，所述气体输出板(20)上均匀设有若干通孔，气体经过所述气体打散装置(19)均匀打散流动方向，然后通过所述气体输出板(20)上的通孔进入所述燃烧室(4)。
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