CN108956365A - 一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，包括泡沫发生器、集液箱、热辐射器、试管、电子天平I、电子天平II和烧杯以及支撑架；其中整个装置支撑于支撑架上，支撑架上放置有电子天平I用于测量整个装置的重量；泡沫发生器通过供泡导管与集液箱相连；热辐射器设置在集液箱的正上方；集液箱一侧连接有热电偶树，热电偶树连接有温度记录表；集液箱锥形底部一侧连接有热辐射计；集液箱锥形底部中间连接有带刻度的试管，试管底部通过导液管连接至烧杯中；烧杯置于电子天平II上。本发明能够确定不同泡沫溶液类型、不同泡沫厚度、不同辐射强度下泡沫的下降高度、蒸发速率和排水率，其结构简单、容易控制、操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫灭火剂特性测量技术领域，具体涉及到一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置及方法。
背景技术
目前，在消防安全领域，泡沫已经成为了控制和消灭火灾的主要应用手段之一。消防泡沫具有发泡能力高、用量少、覆盖效果好、控火时间长、便于储存及运输以及安全环保等优点，已经广泛应用于各种烃类池火灾和建筑消防上。但是，在实际的使用及安全测试中发现，不同发泡倍数的泡沫受自身排水特性及火焰热辐射的影响，泡沫的高度会迅速下降，大量溶液从泡沫层底部析出，导致泡沫的稳定性会大大降低，同时减弱了泡沫对火焰的控制能力。其主要从两个角度评价泡沫性能：一个是发泡倍数；另一个是稳定性。发泡倍数由发泡溶液与水的体积之比来确定，根据泡沫灭火剂溶液的发泡倍数的大小，将泡沫灭火剂分为低倍数、中倍数和高倍数三种。低发泡倍数为1-20倍，中倍数泡沫为20-200，高倍数泡沫为200-1000倍以上。不同倍数的泡沫灭火剂的泡沫性能、含水量、浓缩液性质、表面张力的值均有很大的差别。现有的测量装置对在常温常压及高压下的泡沫性能进行了测试，但是缺乏有效技术手段来评价在热辐射条件下的泡沫灭火剂性能，缺少直接手段测定泡沫的蒸发速率和排水速率进而对泡沫在火灾中的稳定性进行评价。
与本发明相似的发明201710920246.4中，展示了一种测试灭火泡沫发泡效果及在油面上稳定性的测试装置，可以测量恒温下泡沫溶液的析液速度和析液量，但是并不能对热辐射条件下的泡沫蒸发率和高度变化进行直接测量，缺乏泡沫在受热条件下稳定性的评价。
与本发明相似的发明201110168450.8中，展示了一种高温高压条件下测定表面活性剂发泡性能的装置以及方法，展示了一种由高压恒速恒压泵、活塞容器以及反应器构成的恒温箱，将表面活性剂和发泡气体泵入反应器内，通过观察视窗的高度标尺直接测定泡沫半衰期和泡沫高度，实验装置复杂，操作要求高，未能对泡沫的蒸发速率进行直接测量。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置及方法，其基于热辐射条件下用于测量泡沫灭火剂的蒸发速率，利用该装置能够确定不同泡沫溶液类型、不同泡沫厚度、不同辐射强度下泡沫的下降高度、蒸发速率和排水率，其结构简单、容易控制、操作方便。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，包括泡沫发生器、集液箱、热辐射器、试管、电子天平I、电子天平II和烧杯以及支撑架；
其中整个装置支撑于支撑架上，所述支撑架上放置有电子天平I用于测量整个装置的重量；
所述泡沫发生器通过供泡导管与集液箱相连，并且泡沫发生器将生成的稳定泡沫通过供泡导管送入集液箱中；
所述热辐射器设置在集液箱的正上方，其通过电压调节辐射强度作用于集液箱；
所述集液箱一侧连接有热电偶树，所述热电偶树连接有温度记录表，温度记录表用于记录热电偶树的温度数据；
所述集液箱锥形底部一侧连接有热辐射计，用于实时测量集液箱可接收的热辐射值；
所述集液箱锥形底部中间连接有带刻度的试管，所述试管底部通过导液管连接至烧杯中；
所述烧杯置于电子天平II上。
优选地，所述导液管上设置有控制阀，用于控制试管至烧杯之间的泡沫液体流动。
优选地，所述热辐射器为板式加热器，可以产生0～50kW/m2的辐射强度，其与电源控制系统相连，通过改变施加给板式加热器的电流进而达到控制其对集液箱的辐射热强度，而装于集液箱锥形底部一侧连的热辐射计，用于实时测量集液箱可接收的热辐射值。
优选地，所述热辐射计通过两导管与恒温水浴箱连接，用于给热辐射计物理降温，以防止热辐射计温度过高。
优选地，所述热电偶树由多个热电偶组成。
优选地，所述集液箱内部位于集液箱锥形底部上方设置有G3玻璃砂芯及滤纸，用于将泡沫析出的液体进行过滤，之后液体由锥形倾斜底面进入带刻度的试管中。
优选地，所述集液箱的底部为5-10°的倾斜圆锥面。
优选地，所述集液箱的上部配备有钢板盖，其可根据实验需要拆装于集液箱的上部。
优选地，所述集液箱选用钢化玻璃材质制成。
优选地，还包括计算机控制系统，所述泡沫发生器、热辐射器、热辐射计、热电偶树、温度记录表、电子天平I和电子天平II均与计算机控制系统相连。
基于上述用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置的方法，包括以下操作步骤：
①将上述装置依次连接组装完成后，关闭控制阀，打开泡沫发生器，将发好的泡沫通过供泡导管输送至集液箱内指定的高度，并通过电子天平I记录此时的泡沫质量为m0，同时打开恒温水浴箱对热辐射计进行物理降温；
②调节热辐射器的电源至指定的大小，记录此时热辐射计的值为q0；调整热电偶树的位置，将热电偶树中最上面一个热电偶即第一热电偶调至与泡沫表面相同水平高度h1处，热电偶树中其余热电偶按固定距离依次向下排列；
④在稳定热辐射强度的作用下，集液箱中泡沫的液位开始下降，当泡沫从热电偶树中最上面一个热电偶即第一热电偶对应的高度h1下降到热电偶树中接下来一个热电偶即第二热电偶对应的高度h2时(此时第一热电偶和第二热电偶均暴露在泡沫以外均受到热辐射器的热辐射作用故温度接近相同，在此测量集液箱内温度的变化时，通过温度变化确定泡沫下降的高度位置，主要是因为由泡沫覆盖的内部温度相对低，当泡沫层下降时，热电偶树中的热电偶依次直接暴露在热辐射条件下，其温度升高，便于测量记录，其相对于传统刻度尺目测的方法，减少了人为误差)，记录并计算泡沫的高度从h1下降到h2的变化量为Δh，并记录此时下降的时间t1，故下降速度表示为之后依次记录泡沫下降到热电偶树中第i热电偶Ti的高度hi和时间ti，直至泡沫高度不再变化或溶液排干，其中i为热电偶个数；；
⑤计算泡沫的平均下降速率表示为：即泡沫在辐射强度为q0时的平均高度变化速率为
⑥在此过程中，泡沫析出的液体通过G3玻璃砂芯和滤纸，由锥形倾斜底面进入带刻度的试管中，记录液体在t1时间内到达带刻度的试管中的体积为v1和电子天平I的质量为m1-1；打开控制阀，将析出的液体排入烧杯中，记录此时电子天平II的质量为m2-1；重复此歩操作依次记录在时间ti内的蒸发质量损失m1-i和排水质量损失m2-i，其中i为热电偶个数；
⑦计算泡沫在热辐射条件下的蒸发质量损失表示为m′＝m0-m1-i，其中m0是泡沫初始施加的质量，m1-i为电子天平I记录的第i次打开控制阀前泡沫的质量变化，泡沫在t1时刻的质量蒸发速率为m2-1为打开控制阀后电子天平II记录的泡沫质量变化，此时不同时刻ti的泡沫的排水速率为
⑧接下来从集液箱中取出G3玻璃砂芯和滤纸清洗并更换滤纸，关闭控制阀，重新生成泡沫溶液装入集液箱中后移出供泡导管，然后将集液箱上部用钢板盖密封，阻止空气对流和辐射对集液箱中泡沫产生外界干扰；在时间t1内观察泡沫自由排水至试管内的体积，然后再打开控制阀将液体排入烧杯中，记录此时烧杯中液体的质量m3-1；重复此歩操作，记录在时间ti内电子天平II上泡沫自身的排水质量m3-i；修正后在热辐射条件下不同时刻ti的泡沫蒸发率为
本发明的有益效果是：整套装置结构简单，操作性强，测量结果再现性较好，可用于不同条件、不同类型泡沫溶液性能的评价测试中；热辐射器通过改变电流达到不同等级的辐射强度，将输出的热辐射进行量化，产生均匀的辐射梯度，辐射值范围广，可人为调控，便于模拟实际火焰产生的热辐射通量；通过热电偶树和温度记录表实时监控泡沫的温度和高度变化，通过电子天平的变化确定泡沫的质量损失，得到泡沫的蒸发损失和排水损失，由记录发生变化的时间，最终确定泡沫的蒸发速率及排水速率，其可用于评价泡沫体系的稳定性能。
附图说明
图1是本发明用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置的结构示意图。
其中：1、泡沫发生器；2、供泡导管；3、集液箱；4、热辐射器；5、热电偶树；6、试管；7、热辐射计；8、恒温水浴箱；9、温度记录表；10、G3玻璃砂芯及滤纸；11、控制阀；12、导液管；13、电子天平I；14、电子天平II；15、烧杯；16、支撑架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，包括泡沫发生器1、集液箱3、热辐射器4、试管6、电子天平I 13、电子天平II 14和烧杯15以及支撑架16；
其中整个装置支撑于支撑架16上，所述支撑架16上放置有电子天平I 13用于测量整个装置的重量；
泡沫发生器1通过供泡导管2与集液箱3相连，并且泡沫发生器3将生成的稳定泡沫通过供泡导管2送入集液箱3中；
热辐射器4设置在集液箱3的正上方，其通过电压调节辐射强度作用于集液箱3；
集液箱3一侧连接有热电偶树5，所述热电偶树5连接有温度记录表9，温度记录表9用于记录热电偶树5的温度数据；
集液箱3锥形底部一侧连接有热辐射计7，用于实时测量集液箱3可接收的热辐射值；
集液箱3锥形底部中间连接有带刻度的试管6，所述试管6底部通过导液管12连接至烧杯15中；
所述烧杯15置于电子天平II 14上。
优选地，所述导液管12上设置有控制阀11，用于控制试管6至烧杯15之间的泡沫液体流动。
优选地，所述热辐射器4为板式加热器，可以产生0～50kW/m2的辐射强度，其与电源控制系统相连，通过改变施加给板式加热器的电流进而达到控制其对集液箱3的辐射热强度，而装于集液箱3锥形底部一侧连的热辐射计7，用于实时测量集液箱3可接收的热辐射值。
优选地，所述热辐射计7通过两导管与恒温水浴箱8连接，用于给热辐射计7物理降温，以防止热辐射计7温度过高。
优选地，所述热电偶树5由多个热电偶组成，从上到下依次为第一热电偶T1、第二热电偶T2至第i热电偶Ti，其中i为热电偶个数。在此，热电偶个数跟集液箱3的高度和热电偶树5中热电偶之间的排列疏密有关，其可根据需要相应增加或是减少。
优选地，所述集液箱3内部位于集液箱3锥形底部上方设置有G3玻璃砂芯及滤纸10，用于将泡沫析出的液体进行过滤，之后液体由锥形倾斜底面进入带刻度的试管6中。
优选地，所述集液箱3的底部为5-10°的倾斜圆锥面。
优选地，所述集液箱3的上部配备有钢板盖，其可根据实验需要拆装于集液箱3的上部。
优选地，所述集液箱3选用钢化玻璃材质制成。
优选地，还包括计算机控制系统，所述泡沫发生器1、热辐射器4、热辐射计7、热电偶树5、温度记录表9、电子天平I 13和电子天平II 14均与计算机控制系统相连。
基于上述用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置的方法，包括以下操作步骤：
①将上述装置依次连接组装完成后，关闭控制阀11，打开泡沫发生器1，将发好的泡沫通过供泡导管2输送至集液箱3内指定的高度，并通过电子天平I 13记录此时的泡沫质量为m0，同时打开恒温水浴箱8对热辐射计7进行物理降温；
②调节热辐射器4的电源至指定的大小，记录此时热辐射计7的值为q0；调整热电偶树5的位置，将热电偶树5中最上面一个热电偶T1即第一热电偶T1调至与泡沫表面相同水平高度h1处，热电偶树5中其余热电偶Ti按固定距离依次向下排列，并将高度记为hi，其中i为热电偶个数；
④在稳定热辐射强度的作用下，集液箱3中泡沫的液位开始下降，当泡沫从热电偶树5中最上面一个热电偶T1即第一热电偶T1对应的高度h1下降到热电偶树5中接下来一个热电偶T2即第二热电偶T2对应的高度h2时(此时第一热电偶T1和第二热电偶T2均暴露在泡沫以外均受到热辐射器4的热辐射作用故温度接近相同，在此测量集液箱3内温度的变化时，通过温度变化确定泡沫下降的高度位置，主要是因为由泡沫覆盖的内部温度相对低，当泡沫层下降时，热电偶树5中的热电偶依次直接暴露在热辐射条件下，其温度升高，便于测量记录，其相对于传统刻度尺目测的方法，减少了人为误差)，记录并计算泡沫的高度从h1下降到h2的变化量为Δh，并记录此时下降的时间t1，故下降速度表示为之后依次记录泡沫下降到热电偶树5中第i热电偶Ti的高度hi和时间ti直至泡沫高度不再变化或溶液排干，其中i为热电偶个数；
⑤计算泡沫的平均下降速率表示为：即泡沫在辐射强度为q0时的平均高度变化速率为
⑥在此过程中，泡沫析出的液体通过G3玻璃砂芯和滤纸10，由锥形倾斜底面进入带刻度的试管6中，记录液体在t1时间内到达带刻度的试管6中的体积为v1和电子天平I 13的质量为m1-1；打开控制阀11，将析出的液体排入烧杯15中，记录此时电子天平II14的质量为m2-1；重复此歩操作依次记录在时间ti内的蒸发质量损失m1-i和排水质量损失m2-i，其中i为热电偶个数；
⑦计算泡沫在热辐射条件下的蒸发质量损失表示为m′＝m0-m1-i，其中m0是泡沫初始施加的质量，m1-i为电子天平I 13记录的第i次打开控制阀11前泡沫的质量变化，泡沫在t1时刻的质量蒸发速率为m2-1为打开控制阀11后电子天平II14记录的泡沫质量变化，此时不同时刻ti的泡沫的排水速率为
⑧接下来从集液箱3中取出G3玻璃砂芯和滤纸10清洗并更换滤纸，关闭控制阀11，重新生成泡沫溶液装入集液箱3中后移出供泡导管2，然后将集液箱3上部用钢板盖密封，阻止空气对流和辐射对集液箱3中泡沫产生外界干扰；在时间t1内观察泡沫自由排水至试管6内的体积，然后再打开控制阀11将液体排入烧杯15中，记录此时烧杯15中液体的质量m3-1；重复此歩操作，记录在时间ti内电子天平II14上泡沫自身的排水质量m3-i；修正后在热辐射条件下不同时刻ti的泡沫蒸发率为
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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)
1.一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，包括泡沫发生器、集液箱、热辐射器、试管、电子天平I、电子天平II和烧杯以及支撑架；
其中整个装置支撑于支撑架上，所述支撑架上放置有电子天平I用于测量整个装置的重量；
所述泡沫发生器通过供泡导管与集液箱相连；
所述热辐射器设置在集液箱的正上方；
所述集液箱一侧连接有热电偶树，所述热电偶树连接有温度记录表；
所述集液箱锥形底部一侧连接有热辐射计；
所述集液箱锥形底部中间连接有带刻度的试管，所述试管底部通过导液管连接至烧杯中；
所述烧杯置于电子天平II上。
2.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述导液管上设置有控制阀。
3.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述热辐射器为板式加热器。
4.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述热辐射计通过两导管与恒温水浴箱连接。
5.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述热电偶树由多个热电偶组成。
6.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述集液箱内部位于集液箱锥形底部上方设置有G3玻璃砂芯及滤纸。
7.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述集液箱的底部为5-10°的倾斜圆锥面。
8.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述集液箱的上部配备有钢板盖。
9.根据权利要求1所述的用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置，其特征在于，所述集液箱选用钢化玻璃材质制成。
10.一种用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
①将权利要求1-9任一项所述用于测量泡沫灭火剂蒸发速率的装置依次连接组装完成后，关闭控制阀，打开泡沫发生器，将发好的泡沫通过供泡导管输送至集液箱内指定的高度，并通过电子天平I记录此时的泡沫质量为m0，同时打开恒温水浴箱对热辐射计进行物理降温；
②调节热辐射器的电源至指定的大小，记录此时热辐射计的值为q0；调整热电偶树的位置，将热电偶树中最上面一个热电偶即第一热电偶调至与泡沫表面相同水平高度h1处，热电偶树中其余热电偶按固定距离依次向下排列；
④在稳定热辐射强度的作用下，集液箱中泡沫的液位开始下降，当泡沫从热电偶树中最上面一个热电偶即第一热电偶对应的高度h1下降到热电偶树中接下来一个热电偶即第二热电偶对应的高度h2时，记录并计算泡沫的高度从h1下降到h2的变化量为Δh，并记录此时下降的时间t1，故下降速度表示为之后依次记录泡沫下降到热电偶树中第i热电偶的高度hi和时间ti，直至泡沫高度不再变化或溶液排干，其中i为热电偶个数；
⑤计算泡沫的平均下降速率表示为：即泡沫在辐射强度为q0时的平均高度变化速率为
⑥在此过程中，泡沫析出的液体通过G3玻璃砂芯和滤纸，由锥形倾斜底面进入带刻度的试管中，记录液体在t1时间内到达带刻度的试管中的体积为v1和电子天平I的质量为m1-1；打开控制阀，将析出的液体排入烧杯中，记录此时电子天平II的质量为m2-1；重复此歩操作依次记录在时间ti内的蒸发质量损失m1-i和排水质量损失m2-i，其中i为热电偶个数；
⑦计算泡沫在热辐射条件下的蒸发质量损失表示为m′＝m0-m1-i，其中m0是泡沫初始施加的质量，m1-i为电子天平I记录的第i次打开控制阀前泡沫的质量变化，泡沫在t1时刻的质量蒸发速率为m2-1为打开控制阀后电子天平II记录的泡沫质量变化，此时不同时刻ti的泡沫的排水速率为
⑧接下来从集液箱中取出G3玻璃砂芯和滤纸清洗并更换滤纸，关闭控制阀，重新生成泡沫溶液装入集液箱中后移出供泡导管，然后将集液箱上部用钢板盖密封，阻止空气对流和辐射对集液箱中泡沫产生外界干扰；在时间t1内观察泡沫自由排水至试管内的体积，然后再打开控制阀将液体排入烧杯中，记录此时烧杯中液体的质量m3-1；重复此歩操作，记录在时间ti内电子天平II上泡沫自身的排水质量m3-1；修正后在热辐射条件下不同时刻ti的泡沫蒸发率为
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