CN107842870A - 一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，包括：燃料稳定供应系统和火旋风发生装置；所述燃料稳定供应系统包括：燃料补给池，所述燃料补给池通过阀门与火旋风发生装置连接形成连通器系统；通过调节燃料稳定供应系统中燃料补给池液位与火旋风发生装置内燃烧点的高度差以及阀门的开度，进而控制火旋风发生装置内的燃料供应速度，形成稳定的蓝色火旋风。本发明有益效果：可以提供相对稳定的燃料供应，以生成稳定可观察的蓝色火旋风；各阀门方便调节燃料供应速度；通过调节燃料供应系统高度连续控制燃料液面高度，提高形成火旋风的可重复率。整个实验装置的误差小，灵活性高，重复性强。
Description
技术领域
本发明属于火灾安全技术领域，涉及一种蓝色火旋风发生装置，特别涉及一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置。
背景技术
在发生森林火灾和建筑群火灾时，由燃烧造成高低不等的气压，可能会引发一种旋转的火焰，当旋转的火焰达到一定强度时就形成了火旋风。火旋风相较于同等尺度的油池火，火焰高度成数量级增加，燃烧速度快、火焰温度高。在处理海面溢油时，就地燃烧法已经成为目前使用较为广泛、除油效率高、除油成本低的方法，若利用火旋风燃烧速度快、火焰温度高的特点，在溢油被点然后诱导其生成稳定可控的火旋风，将能够有效缩短溢油处理操作时间、提高除油效率。
在实验室环境下模拟海面溢油的情况，诱导水面池火生成火旋风时发现，当燃料层为位于水层上的一薄层时，且持续供应燃料时，火旋风高度明显降低，火旋风底部呈现蓝色火焰。当燃料供应量保持较低值时，火旋风高度进一步降低，黄色火焰成分消失，火旋风呈现纯净的蓝色火焰，且保持原有火旋风旋转方向。
当火焰呈现纯净的蓝色时，表明此时燃料获得充分燃烧，不会产生烟尘颗粒。若在海面处理溢油时，同样能形成在实验室环境下的蓝色火旋风，能够有效解决普通就地燃烧法处理溢油时产生大量烟气造成二次污染的问题，同时提高除油效率，对于就地燃烧处理海上溢油有较为重要的意义。
国内已有较多火旋风发生和参数测量装置，但仅能够通过构造狭缝或风机驱动的方法产生普通火旋风，不能为蓝色火旋风的产生提供条件。同时未有相关资料提及蓝色火旋风现象，也没有相关装置能够提供火旋风到蓝色火旋风的演变条件，或者产生蓝色火旋风。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，通过调节燃料供应系统高度连续控制燃料液面高度，提高形成火旋风的可重复率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，包括：燃料稳定供应系统和火旋风发生装置；
所述燃料稳定供应系统包括：燃料补给池，所述燃料补给池通过阀门与火旋风发生装置连接形成连通器系统；通过调节燃料稳定供应系统中燃料补给池液位与火旋风发生装置内燃烧点的高度差以及阀门的开度，进而控制火旋风发生装置内的燃料供应速度，形成稳定的蓝色火旋风。
进一步地，所述燃料稳定供应系统的高度连续可调。
进一步地，所述燃料稳定供应系统底部设置有用于调整燃料稳定供应系统高度的微调螺栓。
进一步地，所述燃料补给池在设定高点设有溢油口和补给口，且溢油口高于补给口，燃料补给池依次通过补给口、热塑管与火旋风发生装置相连形成连通器系统。
进一步地，所述燃料稳定供应系统还包括：储液池和回收池；所述储液池与燃料补给池相连，用于向燃料补给池提供燃料；所述回收池与燃料补给池相连，用于接收来自燃料补给池的过量燃料。
进一步地，所述火旋风发生装置包括：钢化玻璃和托盘；
每两块钢化玻璃垂直连接，两组垂直连接的钢化玻璃对向放置，两组垂直连接的钢化玻璃之间形成狭缝；托盘置于两组垂直连接的钢化玻璃形成区域的中央位置；与燃料稳定供应系统连接的热塑管固定在托盘中心。
进一步地，当燃料在托盘中被点燃后，消耗两组垂直连接的钢化玻璃组成的矩形区域中的氧气，外部空气在气压差的作用下通过双狭缝被吸入燃烧区域中；由于经由两条狭缝吸入的空气相较于燃料燃烧中心有转动角动量的存在，为火旋风的形成提供了生成涡。
进一步地，所述托盘固定在托盘支架上，所述托盘支架的高度可调。
进一步地，可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置还包括：电子天平；所述燃料稳定供应系统放置于所述电子天平之上。
进一步地，可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置还包括：
热电偶支架：用于测量火旋风发展为蓝色火旋风时火焰温度的变化；
风速仪支架：用于测量火旋风发展为蓝色火旋风时和出现稳定蓝色火旋风时空气卷吸量的变化值。
本发明有益效果
本发明可以提供相对稳定的燃料供应，以生成稳定可观察的蓝色火旋风；各阀门方便调节燃料供应速度；通过调节燃料供应系统高度连续控制燃料液面高度，提高形成火旋风的可重复率。整个实验装置的误差小，灵活性高，重复性强。
附图说明
图1为本发明的燃料稳定供应系统结构示意图；
图2为本发明的火旋风发生装置结构示意图；
图3为本发明的整体示意图；
图4为本发明火旋风发生装置的工作原理图；
图5为从普通火旋风到蓝色火旋风的过度过程示意图；
图6为实验室条件下使用庚烷为燃料时产生的蓝色火旋风图像；
其中，11.玻璃盖板、12.储液池、13.承重框架、14.回收池、15.微调螺栓、16.不锈钢连接管、17.阀门A、18.燃料补给池、19.电控阀门B、110.热塑连接管、111.补给口、112.回收口、113.储液口；
21.钢化玻璃、22.固定支架、23.托盘、24.托盘支架、25.L型固定扣；
31.燃料稳定供应系统、32.电子天平、33.火旋风发生装置、34.热电偶支架、35.风速仪支架、36.套管固定扣。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明公开了一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，包括燃料稳定供应系统31和火旋风发生装置33，燃料供应系统31设置于火旋风发生装置33的旁侧且与之采用热塑管连接。
参见附图1，本发明中的燃料稳定供应系统31由所述玻璃盖板11、储液池12、承重框架13、回收池14、微调螺栓15、不锈钢连接管16、阀门A 17、燃料补给池18、电控阀门B 19、热塑连接管110、补给口111、回收口112、储液口113组成。
燃料补给池在18一定高点设有回收口112和补给口111，且回收口112高于补给口111，燃料补给池18依次通过补给口111、热塑连接管110与火旋风发生装置33相连形成连通器系统。
储液池12顶部开有凹槽便于安装玻璃盖板11，防止易挥发燃料的快速挥发。承重框架13上层平台放置有储液池12，下层平台放置有回收池14和燃料补给池18，两者之间通过回收口112使用不锈钢管连接；回收池14通过不锈钢连接管接收来自燃料补给池18的过量燃料，防止燃料补给池18中液位过高而引起燃料的过量供应，回收到的燃料可在实验后重复使用。
储液池12底部开有储液口113，通过不锈钢连接管16经由阀门A 17与燃料补给池18相连，燃料补给池18侧壁开有补给口111经由电控阀门B 19通过热塑连接管110与火旋风发生装置33相连，通过控制电控阀门B 19的开度可以适当调整燃料补给速度；
微调螺栓15可以适当调节上述系统的水平度和高度。微调螺栓15用以调整燃料供应系统的高度，即燃料补给池18内的燃料液位，进而可以控制火旋风发生装置33内的燃料液位和燃料供应速度。蓝色火旋风形成的关键是燃料的供应速度，用微调螺栓调整液位和燃料供应速度即可形成稳定的蓝色火旋风，用以进一步的研究分析。
燃料稳定供应系统31通过热塑连接管110与火旋风发生装置33相连，热塑管具有易弯曲、易切割的特点，便于在实际实验操作时，控制燃料稳定供应系统31与火旋风发生装置33的距离，避免火旋风的空气卷吸作用影响电子天平32的稳定示数。
参见附图2，本发明中的火旋风发生装置33的剖视图，该装置由钢化玻璃21、固定支架22、托盘23、托盘支架24、L型固定扣25组成；
钢化玻璃21通过L型固定扣25两两垂直固定，成为一组玻璃屏蔽；两组钢化玻璃相对放置，形成的狭缝使空气切向进入，驱动流场旋转，从而产生火旋风；若需改变狭缝大小研究其对火旋风的影响，仅需控制两组玻璃之间的距离即可方便调整狭缝大小。
固定支架22将由燃料稳定供应系统31接来的热塑连接管110固定在托盘23中心，使得火旋风能够稳定形成；
固定支架22、托盘23、托盘支架24层叠放置在两组相对放置钢化玻璃中心，各部件中心均设计有适应热塑连接管110外径的通孔，使热塑连接管可以从底部直接接入固定支架22并将其固定，便于燃料供应；托盘支架24设计有可伸缩固定的支撑腿，便于调节上承结构的高度，进而调整液面高度，达到与燃料补给池中的液位配合。
参见附图3，本发明总体装置由燃料稳定供应系统31、电子天平32、火旋风发生装置33、热电偶支架34、风速仪支架35、套管固定扣36组成；
燃料稳定供应系统31与火旋风发生装置33组成连通器系统，可以将燃料稳定持续的提供燃烧；燃料稳定供应系统31放置于电子天平32的称重平台之上，电子天平32可将燃烧过程中燃料稳定供应系统31的质量变化实时传送给计算机，即可记录蓝色火旋风形成时的燃烧质量损失速率，进行进一步实验研究分析；
热电偶支架34和风速仪支架35均由支架和套管固定扣36组成，套管固定扣36内径略大于支架管径，使其能在支架上自由移动，方便测量不同水平高度的空气卷吸速度和火焰温度；将热电偶支架34通过狭缝伸入火旋风发生装置33内部，使热电偶感温尖端位于托盘23的中央，用于测量火旋风发展为蓝色火旋风时火焰温度的变化；风速仪支架35贴近钢化玻璃21放置，风速仪的测量端置于狭缝中央，用于测量火旋风发展为蓝色火旋风时和出现稳定蓝色火旋风时空气卷吸量的变化值，进行进一步研究分析。
参见附图4，托盘23置于两组对向放置的钢化玻璃33形成的矩形区域中央，每组的两块钢化玻璃33呈L形放置，两组玻璃之间形成狭缝。当燃料在托盘23中被点燃后，消耗矩形区域中的氧气，外部空气在气压差的作用下通过双狭缝被吸入燃烧系统中。由于经由两条狭缝吸入的空气相较于燃料燃烧中心有转动角动量的存在，为火旋风的形成提供了生成涡。
在使用本发明进行蓝色火旋风实验时，首先在储液池12、燃料补给池18中加入适量的燃料，在托盘23加入一定量的清水用作模拟小尺度海面燃烧环境；加入的燃料使燃料补给池18中液位达到回收口112高度，加入的清水略高于热塑连接管110末端所在的水平高度，而后综合调节微调螺栓15和托盘支架24使燃料补给池18中的燃料液位略高于火旋风发生装置33中托盘23内水位；由于蓝色火旋风独特的形成机理，要求燃料的补给速率在一定时间内维持一个较低的值，且目前的实验经验蓝色火旋风均需要从普通火旋风发展而来，因此在实验开始后，需要调整电控阀门B 19的开度，当使用庚烷为燃料时，需将燃料补给的质量流量控制在大约0.01g/s，即可在托盘23中的水面上观察到蓝色火旋风。图5给出了从普通火旋风到蓝色火旋风的过度过程示意图。图6给出在实验室条件下使用庚烷为燃料时产生的蓝色火旋风图像。
由于本发明中各影响实验的参量均可方便地单独控制，且能够为火旋风甚至蓝色火旋风的形成提供稳定的条件，合理模拟了在水面溢油处理过程中使用火旋风提高除油效率的情况；涉及蓝色火旋风形成的各个物理参数均能在本发明中测量获得，测量手段全面且测量位置方便调整；运用连通器的原理，使用合理的液面稳定方案，使得蓝色火旋风在形成和保持阶段均能得到稳定的燃料供给，以供对其质量燃烧速率进行分析研究；本实验装置可调机构多，使得燃料层厚度连续可调，且实验复现性好，对火旋风和蓝色火旋风研究有重要意义。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，包括：燃料稳定供应系统和火旋风发生装置；
所述燃料稳定供应系统包括：燃料补给池，所述燃料补给池通过阀门与火旋风发生装置连接形成连通器系统；通过调节燃料稳定供应系统中燃料补给池液位与火旋风发生装置内燃烧点的高度差以及阀门的开度，进而控制火旋风发生装置内的燃料供应速度，形成稳定的蓝色火旋风。
2.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，所述燃料稳定供应系统的高度连续可调。
3.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，所述燃料稳定供应系统底部设置有用于调整燃料稳定供应系统高度的微调螺栓。
4.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，所述燃料补给池在设定高点设有溢油口和补给口，且溢油口高于补给口，燃料补给池依次通过补给口、热塑管与火旋风发生装置相连形成连通器系统。
5.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，所述燃料稳定供应系统还包括：储液池和回收池；所述储液池与燃料补给池相连，用于向燃料补给池提供燃料；所述回收池与燃料补给池相连，用于接收来自燃料补给池的过量燃料。
6.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，所述火旋风发生装置包括：钢化玻璃和托盘；
每两块钢化玻璃垂直连接，两组垂直连接的钢化玻璃对向放置，两组垂直连接的钢化玻璃之间形成狭缝；托盘置于两组垂直连接的钢化玻璃形成区域的中央位置；与燃料稳定供应系统连接的热塑管固定在托盘中心。
7.如权利要求6所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，当燃料在托盘中被点燃后，消耗两组垂直连接的钢化玻璃组成的矩形区域中的氧气，外部空气在气压差的作用下通过双狭缝被吸入燃烧区域中；由于经由两条狭缝吸入的空气相较于燃料燃烧中心有转动角动量的存在，为火旋风的形成提供了生成涡。
8.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，所述托盘固定在托盘支架上，所述托盘支架的高度可调。
9.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，还包括：电子天平；所述燃料稳定供应系统放置于所述电子天平之上。
10.如权利要求1所述的一种可控参数的双狭缝蓝色火旋风发生装置，其特征在于，还包括：
热电偶支架：用于测量火旋风发展为蓝色火旋风时火焰温度的变化；
风速仪支架：用于测量火旋风发展为蓝色火旋风时和出现稳定蓝色火旋风时空气卷吸量的变化值。
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2017
- 2017-12-19 CN CN201711375229.3A patent/CN107842870A/zh active Pending
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