CN108279112B - 一种灭火系统管网流动特性实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灭火系统管网流动特性实验设备。该设备包括：实验台架、灭火瓶挂架、灭火瓶、电磁阀、输送管路、末端喷口、测试接口、压力传感器、温度传感器、信号调理与数据采集模块、工控计算机、控制台、流场可视化层析分析单元。与现有技术相比，本发明可以获取灭火剂在管路系统中的流动、输运信息，确认管路各部件对流场的影响，为新型灭火系统的管网设计提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及对灭火系统管网设计技术领域，特别涉及一种灭火系统管网流动特性实验设备。
背景技术
灭火管路的流动特性关系到灭火系统工作的有效性。目前对灭火系统的设计是基于以往国际上实验所测得的相关拟合公式，包括对灭火系统管道内的流量、压力、喷射时间等参数的计算。需要指出的是，这些拟合公式仅是基于特定实验条件下灭火剂的流动参数所得，且给出的流量等参数均为定常，并不能准确反映灭火剂真实的非定常喷射过程。因此，需要研制灭火系统管网流动特性实验设备，进而测量灭火系统的试验数据(包括流量、压力等)，获取灭火剂在管路系统中的输运信息，确认管路各部件对流场的影响，为新型灭火剂的管路设计提供基础数据。
本发明可以开展：(1)获取灭火剂在管路系统中的流动、输运信息，确认管路各部件对流场的影响；(2)根据不同灭火剂流动特性(两相流)的测试结果，可验证基于流体力学理论所建立的描述真实灭火剂的流动、输运过程的数学物理模型；(3)采用电容层析成像仪进行可视化分析，可以准确地观察气液两相流在管路中的流动状态的变化情况，实现对灭火剂流动、输运过程的准确描述；(4)可对新型灭火剂的管网流动特性进行研究，为新型灭火系统的管网设计提供技术支撑。
发明内容
为了满足灭火系统管网流动特性研究的需求，本发明提出了一种灭火系统管网流动特性实验设备。本发明可以解决目前缺乏灭火系统管网流动特性实验设备的问题。
本发明采用的技术方案为：一种灭火系统管网流动特性实验设备，包括：实验台架、灭火瓶挂架、灭火瓶、电磁阀、输送管路、末端喷口、测试接口、压力传感器、温度传感器、信号调理与数据采集模块、工控计算机、控制台、流场可视化层析分析单元，灭火瓶挂架安装在实验台架上；灭火瓶安装在灭火瓶挂架上；电磁阀连接灭火瓶和输送管路；末端喷口安装在输送管路的末端、测试接口安装在输送管路上；压力传感器和温度传感器安装在测试接口上；压力传感器和温度传感器输出信号至信号调理与采集模块；信号调理与采集模块再将信号输送至工控计算机；工控机安装在控制台内；流场可视化层析分析单元安装在输送管路上，其中：
所述实验台架，用于安装、固定灭火瓶挂架、输送管路及相关组件，还用于除控制台以外实验设备的整体移动；
所述灭火瓶挂架，用于固定安装灭火瓶，并调节灭火瓶的安装高度；
所述灭火瓶，用于存储灭火剂及增压用的氮气；
所述电磁阀，用于控制灭火剂和氮气两相流的释放和停止；
所述输送管路，用于输送灭火剂和氮气，并模拟实际灭火系统管网的结构；
所述末端喷口，用于喷出灭火剂和氮气；
所述测试接口，用于连接压力传感器、温度传感器和输送管路；
所述压力传感器，用于测量输送管路内流动介质的压力；
所述温度传感器，用于测量输送管路内流动介质的温度；
所述信号调理与数据采集模块，用于采集并调理压力传感器、温度传感器输出的信号；
所述控制台，用于安装工控计算机，集成显示器、键盘和鼠标，并便于实验人员操作；
所述流场可视化层析分析单元，用于测量灭火剂与氮气混合两相流的流量和空隙率流场信息。
其中，所述的实验设备内的输送管路以直管、弯头、缩扩节、三通、末端喷口为基本部件，采用双卡套接头连接，以“搭积木”方式自由组合构建试验管网系统。
其中，所述的实验设备内的流场可视化层析分析单元主要是分别在管路测试段的进口与出口各布置一个双平面电容传感器，根据灭火剂与氮气混合的气液两相流的比例不断变化，引起混合流体的介电常数发生变化，从而使得测量电极对间的电容值发生变化，然后，通过电容层析成像主机将电容变化信息传输到两相流图像重建软件上，利用相应的图像重建算法重建被测流场的介电分布图，可以测量得到混合流体通过双平面电容传感器截面的流速信息，得到灭火剂与氮气混合的两相流的流量和空隙率流场信息。
本发明的工作流程：实验开始之前，将灭火剂瓶、输送管路、测试仪器等安装在实验台架上；实验时，采用压力传感器、温度传感器和流场可视化层析分析单元测量输送管路上测试点的流场参数，并通过数据采集分析软件和两相流图像重建软件进行处理、显示；实验结束后保存并分析实验结果。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明可以获取灭火剂在管路系统中的流动、输运信息，确认管路各部件对流场的影响；本发明可以根据不同灭火剂流动特性(两相流)的测试结果，可验证基于流体力学理论所建立的描述真实灭火剂的流动、输运过程的数学物理模型；本发明采用电容层析成像仪进行可视化分析，可以准确地观察气液两相流在管路中的流动状态的变化情况，实现对灭火剂流动、输运过程的准确描述；本发明可对新型灭火剂的管网流动特性进行研究，为新型灭火系统的管网设计提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明一种灭火系统管网流动特性实验设备结构示意图，其中，1为实验台架，2为灭火瓶挂架，3为灭火瓶，4为电磁阀，5为输送管路，6为末端喷口，7为测试接口，8为压力传感器，9为温度传感器，10为信号调理与数据采集模块，11为工控计算机，12为控制台，13为流场可视化层析分析单元。
具体实施方式
下面通过实施实例结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施范围并不局限于这种布置方式。
如图1所示，本发明的一种灭火系统管网流动特性实验设备，包括实验台架1、灭火瓶挂架2、灭火瓶3、电磁阀4、输送管路5、末端喷口6、测试接口7、压力传感器8、温度传感器9、信号调理与数据采集模块10、工控计算机11、控制台12和流场可视化层析分析单元13，上述各部分通过机械连接、电气线缆与输送管路连接组成一个实验设备。
图1出示了本发明具体实施方式中一种灭火剂系统管网流动特性实验设备的结构示意图，由图中可以看出，该实验设备主体包括实验台架1、输送管路5、末端喷口6。试验台架1上布置有灭火瓶挂架2，用于挂载灭火瓶3。输送管路5通过电磁阀4与灭火瓶连接，并在管路特定位置接有压力传感器8、温度传感器9和流场可视化层析分析单元13，管路末端连接末端喷口6。该实验设备还包括测试接口7，测试接口7一端与电磁阀4、压力传感器8、温度传感器9、流场可视化层析分析单元13连通，另一端连接到信号调理与数据采集模块10，进而接入工控计算机11、控制台12。
本实施例中，实验台架1尺寸为10m×3m×2m，以304不锈钢型材(方钢、角钢)为基本构件，采用螺栓连接方式构建可方便安装的框架结构，底部安装6只带制动的滚轮，以方便移动，并设置8个固定支撑；
本实施例中，灭火瓶挂架2采用304不锈钢制造，可方便固定安装灭火瓶，并调节灭火瓶的安装高度；
本实施例中，输送管路5以直管、弯头、缩扩节、三通、末端喷口为基本部件，采用双卡套接头连接，以“搭积木”方式自由组合构建试验管网系统；
本实施例重，灭火瓶3的工作压力为20MPa。
本实施例中，电磁阀4的工作压力为20MPa。
本实施例中，末端喷口6的喷口直径为3mm和5mm两种规格。
本实施例中，压力传感器8测压范围为0～5Mpa(绝压)，精度为±0.04％FS BSL，工作温度范围为-55℃～125℃，温度补偿范围为-40℃～80℃。
本实施例中，温度传感器9的感温元件为pt100，测温范围为-60℃～80℃，精度为±0.1℃。
本实施例中，信号调理与数据采集模块10由2线4-20mA输入/0-10V输出信号调理模块、Pt100输入/0-10V输出信号调理模块、采集速率51.2kS/s/通道的同步采样数据采集模块(32通道、24位)、8路数字输入8路继电器输出模块组成。
本实施例中，工控计算机11采用NI公司的PXI机箱和PXI控制器组成。
本实施例中，控制台12选用琴台式控制台，尺寸为2.4m×1.0m×1.3m，可以安装3台液晶显示器。
本实施例中，流场可视化层析分析单元13采用两台英国ITS公司生产的电容层析成像仪，主要由双平面电容传感器、电容层析成像仪主机组成。
Claims (2)
1.一种灭火系统管网流动特性实验设备，其特征在于：该设备包括：实验台架（1）、灭火瓶挂架（2）、灭火瓶（3）、电磁阀（4）、输送管路（5）、末端喷口（6）、测试接口（7）、压力传感器（8）、温度传感器（9）、信号调理与数据采集模块（10）、工控计算机（11）、控制台（12）、流场可视化层析分析单元（13），灭火瓶挂架（2）安装在实验台架（1）上；灭火瓶（3）安装在灭火瓶挂架（2）上；电磁阀（4）连接灭火瓶（3）和输送管路（5）；末端喷口（6）安装在输送管路（5）的末端、测试接口（7）安装在输送管路（5）上；压力传感器（8）和温度传感器（9）安装在测试接口（7）上；压力传感器（8）和温度传感器（9）输出信号至信号调理与数据采集模块（10）；信号调理与数据采集模块（10）再将信号输送至工控计算机（11）；工控计算机（11）安装在控制台（12）内；流场可视化层析分析单元（13）安装在输送管路（5）上，其中：
所述实验台架（1），用于安装、固定灭火瓶挂架（2）、输送管路（5），还用于除控制台以外实验设备的整体移动；
所述灭火瓶挂架（2），用于固定安装灭火瓶（3），并调节灭火瓶（3）的安装高度；
所述灭火瓶（3），用于存储灭火剂及增压用的氮气；
所述电磁阀（4），用于控制灭火剂和氮气两相流的释放和停止；
所述输送管路（5），用于输送灭火剂和氮气，并模拟实际灭火系统管网的结构；
所述末端喷口（6），用于喷出灭火剂和氮气；
所述测试接口（7），用于连接压力传感器（8）、温度传感器（9）和输送管路（5）；
所述压力传感器（8），用于测量输送管路（5）内流动介质的压力；
所述温度传感器（9），用于测量输送管路（5）内流动介质的温度；
所述信号调理与数据采集模块（10），用于采集并调理压力传感器（8）、温度传感器（9）输出的信号；
所述控制台（12），用于安装工控计算机（11），集成显示器、键盘和鼠标，并便于实验人员操作；
所述流场可视化层析分析单元（13），用于测量灭火剂与氮气混合两相流的流量和空隙率流场信息；
流场可视化层析分析单元（13）主要是分别在管路测试段的进口与出口各布置一个双平面电容传感器，根据灭火剂与氮气混合的气液两相流的比例不断变化，引起混合流体的介电常数发生变化，从而使得测量电极对间的电容值发生变化，然后通过电容层析成像主机将电容变化信息传输到两相流图像重建软件上，利用相应的图像重建算法重建被测流场的介电分布图，可以测量得到混合流体通过双平面电容传感器截面的流速信息，得到灭火剂与氮气混合的两相流的流量和空隙率流场信息。
2.如权利要求1所述的一种灭火系统管网流动特性实验设备，其特征在于：输送管路（5）以直管、弯头、缩扩节、三通、末端喷口为基本部件，采用双卡套接头连接，以“搭积木”方式自由组合构建试验管网系统。
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