CN109100464B - 可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括矩形支撑板，通过设置于所述矩形支撑板的其中一侧边上的两个铰链连接一个具有相同尺寸的矩形支撑板，组成一矩形支撑板组；所述矩形支撑板组的侧边的两端分别焊接有一个万向轴；所述万向轴再依次分别连接一个伸缩杆，所述伸缩杆远离所述万向轴的一端再各自分别插入一个伸缩杆支座，所述伸缩杆与伸缩杆支座固定连接；所述伸缩杆支座通过一限位螺钉固定在一底台中的限位孔上，通过三个所述的伸缩杆支座可将上方的所述两块支撑板的折页构型固定在该底台上；应用本技术方案可实现研究各种几何墙面构型及环境风条件下建筑墙体保温板材的特殊火蔓延行为的数据分析采集。

Description

可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置

技术领域

本发明涉及一种的领域，具体是指一种可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置。

背景技术

在近三十年来全球环保建筑、绿色建筑的飞速推动下，建筑墙体保温板材已经广泛应用到建筑领域及各相关行业之中，这类板材一方面能提高建筑整体节能性，另一方面还能起到部分装饰的作用，已然在人们的生活家居中产生了巨大影响。但与此同时，作为建筑保温板材的原材料通常是高分子聚合物，如软质聚氨酯(FPU)泡沫板、硬质聚氨酯(RPU)泡沫板、挤塑式聚苯乙烯(XPS)泡沫板等。这些材料由大量的碳氢元素构成，如不作特殊处理，本身极易燃烧，由此引发的重特大火灾事故正逐年增加。专利201320457285.2提到一种外加可调节恒定辐射条件下的保温材料火蔓延特性实验装置，是将保温板材竖直放置用以模拟建筑外立面保温板，并可通过外界的辐射加热板产生变化的辐射环境用于模拟火灾场景下的火焰辐射，以此测试和研究火场中的建筑外立面保温板材火蔓延特性。目前，关于建筑保温板材火灾及燃烧行为的研究方法和装置中，大都是针对单一板材或单一构型的情况，这类方法的局限性在于：首先保温板材的布设方式较为单一，已经不能全面体现现代建筑复杂多样的几何构型。其次环境参量或边界条件不够完善，例如无法体现环境风对于建筑墙体火灾的影响，而这一点对于高层建筑火灾而言是至关重要的。因此现有的测试装置及方法已经限制了建筑火灾安全科学的发展及对相关燃烧规律的深入分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，实现研究各种几何墙面构型及环境风条件下建筑墙体保温板材的特殊火蔓延行为的数据分析采集。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，包括矩形支撑板，通过设置于所述矩形支撑板的其中一侧边上的两个铰链使所述矩形支撑板与另一个具有相同尺寸的矩形支撑板的一侧边相连接，组成一矩形支撑板组；

所述矩形支撑板组的其中一块矩形支撑板的与设置铰链的侧边垂直的一侧边的两端分别焊接有一个万向轴；且另一个矩形支撑板的与设置铰链的侧边垂直的一侧边远离所述铰链的一端焊接有一个万向轴，三个所述万向轴再依次分别连接一个伸缩杆，三个所述伸缩杆远离所述万向轴的一端再各自分别插入一个伸缩杆支座，且通过所述伸缩杆支座上的锁固螺栓，所述伸缩杆与伸缩杆支座固定连接；所述伸缩杆支座通过一限位螺钉固定在一底台中的限位孔上，通过三个所述的伸缩杆支座可将上方的两块支撑板的折页构型固定在该底台上；

至少包括一个所述的矩形支撑板组，所述矩形支撑板组通过多种组合方式模拟多种建筑墙体构型；将与所述矩形支撑板尺寸相同的保温板材通过粘胶覆盖在所述矩形支撑板的外表面，用于模拟建筑墙体外立面保温板材；

还包括一整体倾角量角器，用来调整所述的矩形支撑板组的整体倾角；及一个比邻面量角尺，用来调整所述矩形支撑板间的夹角；通过一电热丝点火器引燃所述保温板材，所述电热丝点火器的功率与点火位置通过一控制单元实现精准控制；所述底台放置于一个电子天平上，在所述电子天平的一侧设置一变频风机，所述变频风机的水平出风均匀且风速通过所述控制单元实现精确控制，通过一风速仪来标定所述变频风机产生的流场流速；在所述矩形支撑板组靠近所述变频风机的一侧设置一激光片光源，所述激光片光源固定于一电动可调底座上，使得所述激光片光源做升降调节，所述激光片光源发射出的片光具体为水平激光片光；

在所述矩形支撑板组靠近所述变频风机的一侧距所述保温板材一定距离处架设第一摄像装置，及第一辐射热流计；同样的，在所述矩形支撑板组远离所述变频风机的一侧架设有第二摄像装置，及第二辐射热流计；所述第一摄像装置、第二摄像装置、第一辐射热流计、第二辐射热流计分别用于记录所述保温板材燃烧过程中迎风面及背风面的火焰形态及辐射强度；在所述矩形支撑板组远离所述变频风机的一侧架设有第三摄像装置，所述第三摄像装置设置于所述第二摄像装置的上方，用于俯拍经激光片光散射成像后的火灾烟气产物流场；在所述矩形支撑板的上方按照陈列设置多个热电偶，用于测量火焰及烟气羽流的温度场。

在一较佳的实施例中，具体包括两组矩形支撑板组形成一长方形体的模拟建筑构架。

在一较佳的实施例中，所述万向轴第一球形关节结构、第二球形关节结构；所述第一球形关节结构连接所述支撑板，所述第二球形关节连接所述伸缩杆，所述第一球形关节结构及第二球形关节结构均带有阻尼，以保证稳定性。

在一较佳的实施例中，所述锁固螺栓在调整好所述伸缩杆的长度后，通过向内旋入，将所述伸缩杆锁定在所述伸缩杆支座上。

在一较佳的实施例中，所述限位孔在所述底台上呈矩阵式分布。

在一较佳的实施例中，所述变频风机的出风口尺寸涵盖所述矩形支撑板组组合的所以构型中保温板材的垂直平面投影。

在一较佳的实施例中，所述激光片光源水平发射片光，且片光的发射角与范围包裹所有状态才的所述保温板材的水平横截面和下游流场，用于所述第三摄像装置的俯拍。

在一较佳的实施例中，所述电子天平测量的是所述保温板材在引燃后，发生阴燃或明火燃烧过程中的质量变化。

在一较佳的实施例中，所述电子天平、风速仪、各个热电偶、辐射热流计均连接数据采集装置，并输出信号至数据采集装置，通过控制装置进行远程实时数据采集与显示。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

(1)作为模拟墙体的矩形支撑板组不但在造型时方便快捷，且可精确调整，能够快速搭建出拟研究的各种复杂现代建筑墙体结构，具有较好的可操作性和可靠性。

(2)所述底台配合其上的限位孔阵列，可以为所述矩形支撑板的各种夹角情况下的伸缩杆支座提供精准且稳定的支撑。

(3)所述电热丝点火器的功率可调节，从而可以形成不同的引燃形式，如从数量上可单火点、多火点引燃，从燃烧状态上又可阴燃、明火引燃等。

(4)利用所述电子天平可实时记录保温板材在燃烧过程中的质量变化，结合所述热电偶阵列的温度演化数据，可研究横向风速作用下，建筑墙体保温板材受热或火灾中的热重特性。

(5)利用所述激光片光源在不同水平面上对燃烧烟气的散射，可以更好的观察钝体扰流与燃烧共同作用下的下游流场结构变化。

(6)该方法可用于模拟各种复杂建筑墙体保温板材的火灾性能测试，可望为未来此类标准的建立提供依据。

附图说明

图1为本发明优选实施例中整体结构示意图；

图2为本发明优选实施例中保温板材燃料放置示意图；

图3为本发明优选实施例中保温板材的多种构型布设方式示意图(一)；

图4为本发明优选实施例中保温板材的多种构型布设方式示意图(二)。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种可调复杂构型的建筑墙体保温板材200火灾燃烧特性测试装置，参考图1至2，包括矩形支撑板101，通过设置于所述矩形支撑板101的其中一侧边上的两个铰链102使所述矩形支撑板101与另一个具有相同尺寸的矩形支撑板101的一侧边相连接，组成一矩形支撑板组100；在本实施例中，所述矩形支撑板101的具体为长60cm、宽25cm、厚3mm的钢板，还可以使用其他尺寸以及其他材料构成的矩形支撑板101，不能以此限定本发明的保护范围。

所述矩形支撑板组100的其中一块矩形支撑板101的与设置铰链102的侧边垂直的一侧边的两端分别焊接有一个万向轴103；且所述另一个矩形支撑板101的与设置铰链102的侧边垂直的一侧边远离所述铰链102的一端焊接有一个万向轴103，三个所述万向轴103再依次分别连接一个伸缩杆104，三个所述伸缩杆104远离所述万向轴103的一端再各自分别插入一个伸缩杆支座106，且通过所述伸缩杆支座106上的锁固螺栓105，所述伸缩杆104与伸缩杆支座106固定连接；所述伸缩杆支座106通过一限位螺钉107固定在一底台108中的限位孔109上，通过三个所述的伸缩杆支座106可将上方的所述两块支撑板的折页构型固定在该底台108上；

至少包括一个所述的矩形支撑板组100，所述矩形支撑板组100通过多种组合方式模拟多种建筑墙体构型，具体可参考图3至4；将与所述矩形支撑板101尺寸相同的保温板材200通过粘胶覆盖在所述矩形支撑板的外表面，用于模拟建筑墙体外立面保温板材200；

还包括一整体倾角量角器204，用来调整所述的矩形支撑板组100的整体倾角；及一个比邻面量角尺205，用来调整所述矩形支撑板101间的夹角；通过一电热丝点火器206引燃所述保温板材200，所述电热丝点火器206的功率与点火位置通过一控制单元实现精准控制；所述底台108放置于一个电子天平112上，在所述电子天平112的一侧设置一变频风机113，所述变频风机113距离所述底台108中心的水平距离为1.5m，所述变频风机113的出风口114尺寸为高1m、宽0.8m；出风口114的风速范围为0至5m/s，所述变频风机113的水平出风均匀且风速通过所述控制单元实现精确控制，通过一风速仪122来标定所述变频风机113产生的流场流速；在所述矩形支撑板组100靠近所述变频风机113的一侧设置一激光片光源115，所述激光片光源115固定于一电动可调底座116上，使得所述激光片光源115做升降调节，所述激光片光源115发射出的片光具体为水平激光片光；

在所述矩形支撑板组100靠近所述变频风机113的一侧距所述保温板材200一定距离处架设第一摄像装置117，及第一辐射热流计120；同样的，在所述矩形支撑板组100远离所述变频风机113的一侧架设有第二摄像装置118，及第二辐射热流计121；所述第一摄像装置117、第二摄像装置118、第一辐射热流计120、第二辐射热流计121分别用于记录所述保温板材200燃烧过程中迎风面及背风面的火焰形态及辐射强度；在所述矩形支撑板组100远离所述变频风机113的一侧架设有第三摄像装置119，所述第三摄像装置119设置于所述第二摄像装置118的上方，用于俯拍经激光片光散射成像后的火灾烟气产物流场；在所述矩形支撑板101的上方按照陈列设置多个热电偶123，用于测量火焰及烟气羽流的温度场。

具体来说，所述万向轴103第一球形关节结构、第二球形关节结构；所述第一球形关节结构连接所述支撑板，所述第二球形关节连接所述伸缩杆104，所述第一球形关节结构及第二球形关节结构均带有阻尼，以保证稳定性。

具体来说，所述锁固螺栓105在调整好所述伸缩杆104的长度后，通过向内旋入，将所述伸缩杆104锁定在所述伸缩杆支座106上。所述限位孔109在所述底台108上呈矩阵式分布。所述变频风机113的出风口114尺寸涵盖所述矩形支撑板组100组合的所以构型中保温板材200的垂直平面投影。所述激光片光源115水平发射片光，且片光的发射角与范围包裹所有状态才的所述保温板材200的水平横截面和下游流场，用于所述第三摄像装置119的俯拍。

具体来说，所述电子天平112测量的是所述保温板材200在引燃后，发生阴燃或明火燃烧过程中的质量变化。所述电子天平112、风速仪122、各个热电偶123、辐射热流计均连接数据采集装置，并输出信号至数据采集装置，通过控制装置进行远程实时数据采集与显示。

测试开始前，首先搭建预定待模拟的建筑墙体构型，在本实施例中，具体包括两组矩形支撑板组100形成一长方形体的模拟建筑构架。通过各个伸缩杆104、锁固螺栓105、伸缩杆支座106及限位螺钉107调节至预定构型，例如本实施例中的竖直立方筒体构型，用以模拟典型办公楼外墙，并利用整体倾角量角器204和比邻面量角尺205进行所述构型的尺寸校准。接着将与之相匹配尺寸的4块保温板材200通过粘胶依次分别固定在所述4个矩形支撑板101上，模拟墙体保温板材200，同时将所述热电偶123阵列调整至构型竖向中轴线上，将所述激光片光源115通过所述电动可调底座116调整至上述构型的中部。

测试时，开启所述第一摄像装置117、第二摄像装置118、第三摄像装置119以及第一辐射热流计120、第二辐射热流计121；随后利用所述电热丝点火器206从构型的下部中央进行点火，并通过功率控制形成阴燃火；此时，所述电子天平112将记录燃料燃烧的质量变化，所述第一摄像装置117和第二摄像装置118可分别记录下所述构型迎风面与背风面的火焰物理图像，而所述第三摄像装置119在所述激光片光源115对燃烧烟雾的散射作用下，则可以拍摄记录下背风面下游的流场结构，此外所述第一辐射热流计120和第二辐射热流计121可分别记录所述构型迎风面与背风面的火焰辐射强度，所述热电偶123阵列则可以对燃烧过程中火焰及烟气羽流的温度进行全程记录。所述电子天平112、第一辐射热流计120、第二辐射热流计121、热电偶123阵列等测量信号均发送数据至数据采集装置进行实时采集。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于包括矩形支撑板，通过设置于所述矩形支撑板的其中一侧边上的两个铰链使所述矩形支撑板与另一个具有相同尺寸的矩形支撑板的一侧边相连接，组成一矩形支撑板组；

所述矩形支撑板组的其中一块矩形支撑板的与设置铰链的侧边垂直的一侧边的两端分别焊接有一个万向轴；且另一个矩形支撑板的与设置铰链的侧边垂直的一侧边远离所述铰链的一端焊接有一个万向轴，三个所述万向轴再依次分别连接一个伸缩杆，三个所述伸缩杆远离所述万向轴的一端再各自分别插入一个伸缩杆支座，且通过所述伸缩杆支座上的锁固螺栓，所述伸缩杆与伸缩杆支座固定连接；所述伸缩杆支座通过一限位螺钉固定在一底台中的限位孔上，通过三个所述的伸缩杆支座可将上方的两块支撑板的折页构型固定在该底台上；所述万向轴包括第一球形关节结构、第二球形关节结构，所述第一球形关节结构连接所述支撑板，所述第二球形关节连接所述伸缩杆，所述第一球形关节结构及第二球形关节结构均带有阻尼，以保证稳定性；

至少包括一个所述的矩形支撑板组，所述矩形支撑板组通过多种组合方式模拟多种建筑墙体构型；将与所述矩形支撑板尺寸相同的保温板材通过粘胶覆盖在所述矩形支撑板的外表面，用于模拟建筑墙体外立面保温板材；

还包括一整体倾角量角器，用来调整所述的矩形支撑板组的整体倾角；及一个比邻面量角尺，用来调整所述矩形支撑板间的夹角；通过一电热丝点火器引燃所述保温板材，所述电热丝点火器的功率与点火位置通过一控制单元实现精准控制；所述底台放置于一个电子天平上，在所述电子天平的一侧设置一变频风机，所述变频风机的水平出风均匀且风速通过所述控制单元实现精确控制，通过一风速仪来标定所述变频风机产生的流场流速，所述变频风机的出风口尺寸涵盖所述矩形支撑板组组合的所有构型中保温板材的垂直平面投影；在所述矩形支撑板组靠近所述变频风机的一侧设置一激光片光源，所述激光片光源固定于一电动可调底座上，使得所述激光片光源做升降调节，所述激光片光源发射出的片光具体为水平激光片光；

在所述矩形支撑板组靠近所述变频风机的一侧距所述保温板材一定距离处架设第一摄像装置，及第一辐射热流计；同样的，在所述矩形支撑板组远离所述变频风机的一侧架设有第二摄像装置，及第二辐射热流计；所述第一摄像装置、第二摄像装置、第一辐射热流计、第二辐射热流计分别用于记录所述保温板材燃烧过程中迎风面及背风面的火焰形态及辐射强度；在所述矩形支撑板组远离所述变频风机的一侧架设有第三摄像装置，所述第三摄像装置设置于所述第二摄像装置的上方，用于俯拍经激光片光散射成像后的火灾烟气产物流场；在所述矩形支撑板的上方按照陈列设置多个热电偶，用于测量火焰及烟气羽流的温度场。

2.根据权利要求1所述的可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于，具体包括两组矩形支撑板组形成一长方形体的模拟建筑构架。

3.根据权利要求1所述的可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于所述锁固螺栓在调整好所述伸缩杆的长度后，通过向内旋入，将所述伸缩杆锁定在所述伸缩杆支座上。

4.根据权利要求1所述的可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于所述限位孔在所述底台上呈矩阵式分布。

5.根据权利要求1所述的可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于所述激光片光源水平发射片光，且片光的发射角与范围包裹所有状态的所述保温板材的水平横截面和下游流场，用于所述第三摄像装置的俯拍。

6.根据权利要求1所述的可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于所述电子天平测量的是所述保温板材在引燃后，发生阴燃或明火燃烧过程中的质量变化。

7.根据权利要求1所述的可调复杂构型的建筑墙体保温板材火灾燃烧特性测试装置，其特征在于所述电子天平、风速仪、各个热电偶、辐射热流计均连接数据采集装置，并输出信号至数据采集装置，通过控制装置进行远程实时数据采集与显示。

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