CN109613058B - 一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置 - Google Patents

一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109613058B
CN109613058B CN201811613866.4A CN201811613866A CN109613058B CN 109613058 B CN109613058 B CN 109613058B CN 201811613866 A CN201811613866 A CN 201811613866A CN 109613058 B CN109613058 B CN 109613058B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
test piece
combustible material
testing
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811613866.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109613058A (zh
Inventor
焦宇
李显
熊湿
汪金辉
史旦达
李贤斌
许涛
李晓恋
陈伟炯
吴玉剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Maritime University
Original Assignee
Shanghai Maritime University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Maritime University filed Critical Shanghai Maritime University
Priority to CN201811613866.4A priority Critical patent/CN109613058B/zh
Publication of CN109613058A publication Critical patent/CN109613058A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109613058B publication Critical patent/CN109613058B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures

Abstract

本发明公开了一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其包含：支撑平台；用于测量钢测试件形变位移的形变位移测试系统；用于测试可燃材料燃烧火焰热辐射反馈的辐射热量测试系统；用于测量可燃材料燃烧火焰温度的火焰温度测试系统；用于测量钢测试件温升规律的钢测试件温度测试系统；所述支撑平台具有供钢测试件固定安装的至少一个可调节长度的水平安装面、至少一个可调节高度的垂直安装面及至少一个可调倾斜角度的倾斜安装面。该测试装置可以模拟真实火灾下，钢结构附着可燃材料燃烧产生的热量，通过辐射和传导传热方式向可燃材料反馈传热的传热规律测试和钢结构力学形变的测试，表征可燃材料燃烧热反馈模型和钢结构力学响应行为规律。

Description

一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置
技术领域
本发明涉及热物理测试技术领域，具体涉及一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置。
背景技术
现代工业社会中工程结构的承重构件多为钢材，这些工程结构的设计者和建造者要对钢结构抗灾性能做充分的考虑，而火灾是需要重点考虑的灾害之一。掌握火灾环境下钢结构的力学响应行为规律是进行钢结构抗火设计的前提。火源通过空气的热对流和热辐射传热对钢结构的力学性能具有显著的影响，这也是钢结构抗火工程领域的研究重点。而还有一种情况，即钢结构上附着的材料若可燃，则该可燃材料燃烧释放的热量除了通过空气的热对流和热辐射传热外，仍有部分热量以热传导和热辐射的形式通过固相可燃材料本身反向传热给钢结构，即火焰的热反馈传热，这显然也将会对钢结构承载力产生影响，而这部分热反馈对钢结构的力学行为影响程度的测试方法和测试装置尚属空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，以实现基于可燃材料燃烧通过钢板的热反馈传热数据的采集和钢结构在热载荷下形变位移数据的采集，进而实现可燃材料热反馈传热模型的构建和钢结构力学响应行为的分析，为完善钢结构抗火设计的提供新补充测试手段和技术支撑。
为达到上述目的，本发明提供了一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其包含：
用于钢测试件的支撑平台，所述钢测试件的某一面附着可燃材料；用于测量钢测试件形变位移的形变位移测试系统；用于测试可燃材料燃烧火焰热辐射反馈的辐射热量测试系统；用于测量可燃材料燃烧火焰温度的火焰温度测试系统；用于测量钢测试件温升规律的钢测试件温度测试系统；所述支撑平台具有供钢测试件固定安装的至少一个可调节长度的水平安装面、至少一个可调节高度的垂直安装面及至少一个可调倾斜角度的倾斜安装面。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述支撑平台由强度可保证钢测试件固定支承的金属支架拼装组成；所述金属支架能够可移动地与相邻的金属支架固定连接。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述支撑平台为由三个长方体结构拼装组成的L形结构；所述长方体结构由金属支架拼装组成。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的金属支架四周设置有用于拼接安装的凹槽；所述金属支架之间以及金属支架与地面之间通过角件和螺栓连接。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的钢测试件为正方形钢板，边长的可调节范围为300mm至1000mm，厚度为8～12mm。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的支撑平台可满足边长调节范围为300mm至1000mm的正方形钢板附着可燃材料的测试实验。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的形变位移测试系统可采用激光位移计测量钢测试件的位移，也可采用接触式拉线位移传感器。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述形变位移测试系统若采用拉线位移传感器，则包含：设置在钢测试件上的应变片、与应变片通过钼丝连接的接触式拉线位移传感器及与接触式拉线位移传感器连接的形变位移数据采集仪；所述的钼丝应与钢测试件形变位移测试点所在的面垂直；所述形变位移测试系统还包含设置在应变片和接触式拉线位移传感器之间，用于支撑钼丝的滑轮。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的用于测量钢测试件温升规律的钢测试件温度测试系统包含：分布在钢测试件表面和刚测试件内部的多个钢测试件温度传感器及与钢测试件温度传感器连接的钢测试件温度数据记录仪。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的钢测试件温度传感器采用接触式测温方式，每1秒钟记录一个数据，测量误差不超过0.1℃。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的钢测试件温度测试系统中，钢测试件温度传感器的温度测点分为2组，第1组在钢测试件背火面表面矩阵分布，第2组在距钢测试件背火面表面深度4～6mm的钢测试件内部矩阵分布，位置同第1组一一对应。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的用于测量可燃材料燃烧火焰温度的火焰温度测试系统，包含竖直分布在可燃材料表面用于测量火焰温度的多个火焰温度传感器及与火焰温度传感器连接的火焰温度数据记录仪。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的辐射热量测试系统包含：热辐射计和罩在热辐射计上面的石英玻璃罩。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的热辐射计可测量波长范围可涵盖响应可燃材料的主要辐射光谱，总测量不确定度小于3％。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，所述的热辐射计数量和放置分布可表征可燃材料测量面的热辐射规律。
上述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其中，钢测试件附着可燃材料燃烧实验在实验舱室内进行；所述的实验舱室结构强度满足实验火灾工况要求；所述的实验舱室具备排烟系统、防火门和观察窗。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.该测试装置可以模拟真实火灾工况下，钢测试件附着可燃材料燃烧产生的热量，向可燃材料热反馈传热的传热量测试和钢结构力学形变的测试，形成相应的热反馈传热模型和钢结构力学响应行为规律。
2.实验数据的稳定性：实验过程中测试件实现了单边和多边固支，可燃材料燃烧形成的火源上方温度基本控制800℃以下。实验可调整钢测试件的放置方式和变换可燃材料；温度测点精度控制在0.1℃左右；位移传感器的精度控制在；由于实验条件和参数的可控性和稳定性好，因此实验的可重复性高。
3.实验功能的扩展性：对于引燃困难的可燃材料，可采用可调功率的若干在同一平面上矩阵分布的大功率白炽灯作为材料燃烧引燃热源；测温方式可采用非接触式测温；钢测试件的位移形变的测试方式可采用三维数组照相测量技术。
附图说明
图1为本发明测试装置在实验舱室内的结构示意图；
图2为本发明测试装置设计要求的示意图；
图3为本发明中角件的结构示意图；
图4为金属支架之间连接的结构示意图；
图5为金属支架与地面之间连接的结构示意图；
图6为金属支架的结构示意图；
图7为附着可燃材料的钢测试件水平放置于支撑平台时的结构示意图；
图8为附着可燃材料的钢测试件垂直放置于支撑平台时的结构示意图；
图9为附着可燃材料的钢测试件倾斜放置于支撑平台时的结构示意图；
图10为钢测试件上温度传感器的分布示意图；
图11为本发明中滑轮的结构示意图；
图12为钢测试件两端固定时形变位移与温度测量示意图；
图13为钢测试件四端固定时形变位移与温度测量示意图；
图14为钢板测试件附着可燃材料的热辐射反馈测试的侧视图；
图15为钢测试件竖直放置实验测得温度变化曲线；
图16为钢测试件水平放置实验测得温度变化曲线；
图17为竖直工况最高温度点温度变化曲线；
图18为水平工况最高温度点温度变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其包含：用于支撑钢测试件1的支撑平台100，所述钢测试件1的某一面附着可燃材料2；与钢测试件1连接，用于测量钢测试件1形变位移的形变位移测试系统200；用于测试可燃材料2燃烧火焰热辐射反馈的辐射热量测试系统；用于测量可燃材料2燃烧火焰温度的火焰温度测试系统500；用于测量钢测试件1温升规律的钢测试件温度测试系统300；用于测试可燃材料燃烧火焰热辐射反馈的辐射热量测试系统600；所述支撑平台100具有供钢测试件1固定安装的至少一个可调节长度的水平安装面、至少一个可调节高度的垂直安装面及至少一个可调倾斜角度的倾斜安装面。
在一实施例中，所述支撑平台100由强度可保证钢测试件1固定支承的金属支架3拼装组成；所述金属支架3能够可移动地与相邻的金属支架3固定连接。优选地，所述支撑平台100为由三个长方体结构拼装组成的L形结构；所述长方体结构由金属支架3拼装组成。其中，所述金属支架3四周设置有用于拼接安装的凹槽4。所述金属支架3之间以及金属支架3与地面之间通过角件5和螺栓6连接。
在一实施例中，所述的钢测试件1为正方形钢板，边长的可调节范围为300mm至1000mm，厚度为8～12mm。所述的支撑平台可满足边长调节范围为300mm至1000mm的正方形钢板附着可燃材料2的测试实验。
在一实施例中，所述的形变位移测试系统可采用激光位移计测量钢测试件的位移，也可采用接触式拉线位移传感器。进一步地，基于接触式拉线位移传感器的形变位移测试系统200包含：设置在钢测试件1上的应变片7、与应变片7通过钼丝8连接的接触式拉线位移传感器及与接触式拉线位移传感器连接的形变位移数据采集仪；所述的钼丝8应与钢测试件1的形变位移测试点所在的面垂直。进一步优选地，所述形变位移测试系统200还包含设置在应变片7和接触式拉线位移传感器之间，用于支撑钼丝8的滑轮9；优选地，滑轮9、接触式拉线位移传感器和应变片7形成以滑轮9为直角的直角三角形，此时滑轮9可以保证钼丝8垂直水平并减少位移误差。
在一实施例中，所述的用于测量钢测试件1温升规律的钢测试件温度测试系统300包含：分布在钢测试件1表面和刚测试件1内部的多个钢测试件温度传感器及与钢测试件温度传感器连接的钢测试件温度数据记录仪。优选地，所述的钢测试件温度传感器10采用接触式测温方式，每1秒钟记录一个数据，测量误差不超过0.1℃。所述的钢测试件温度传感器的温度测点分为2组，第1组在钢测试件1背火面表面矩阵分布，第2组在距钢测试件1背火面表面深度4～6mm的钢测试件1内部矩阵分布，位置同第1组一一对应。
在一实施例中，所述的用于测量可燃材料2燃烧火焰温度的火焰温度测试系统，包含竖直分布在可燃材料2表面用于测量火焰温度的多个火焰温度传感器及与火焰温度传感器连接的火焰温度数据记录仪。
在一实施例中，所述的辐射热量测试系统600包含：热辐射计16和罩在热辐射计16上面的石英玻璃罩17。热辐射计16可测量波长范围能够涵盖响应可燃材料2的主要辐射光谱，总测量不确定度小于3％。热辐射计16的数量和放置分布可表征可燃材料2测量面的热辐射规律。
如图1所示，钢测试件附着可燃材料燃烧实验在实验舱室12内进行；所述的实验舱室12结构强度满足实验火灾工况要求；所述的实验舱室12具备排烟系统13、防火门14和观察窗15。具体地，在一实施例中的具体规格尺寸可以为：实验舱室12内部大小(570×420×260cm)、实验舱室12外部大小(600×450×290cm)、防火门14大小(150×15×220cm)、观察窗15大小(60×15×40cm)及排烟窗口半径(60cm)。
1.1测试装置设计要求
测试装置设计完成之后，应满足预设条件要求，可以进行钢测试件附着可燃材料燃烧实验。设计应满足的具体要求如图2所示，由排列组合原理可知测试装置满足多工况，多功能下的温度和形变位移数据的测定。比如：要进行同型号不同厚度的钢测试件1在水平四边固定附着聚氨酯可燃材料2下的火场实验。
1.2设计思路
(1)满足钢测试件1可变角度固定放置，要求具有一定灵活性
需要解决可变角度固定放置问题，支撑平台100不会是一个固定不变的样式，而要求支撑平台100具有一定的灵活性。在一实施例中，可以使用高强度金属支架3可拆卸地拼装组成支撑平台100，金属支架3可移动地与相邻的金属支架3固定连接，通过可拆卸地移动金属支架3的位置，使得支撑平台100具有至少一个可调节长度的水平安装面、至少一个可调节高度的垂直安装面及至少一个可调倾斜角度的倾斜安装面，使钢测试件1的可以水平、不同倾角或垂直固定在金属支架3上。
(2)方便可燃材料2的固定和钢测试件1安装拆卸工作
实验模拟钢测试件1在真实火场实验条件下结构的抗火性能，需将可燃材料2附着于钢测试件1并将两者固定在支撑平台100之上。要求满足实验前方便安装，实验结束后方便拆卸，进行下一次实验的要求。在一实施例中，根据测试需要，可通过固定装置11将钢测试件1一边、两边或四边固定在金属支架3上。
(3)保证测试装置的稳定性及承载能力
支撑平台100的稳定性和承载能力对于实验具有重要作用，会直接影响到位移形变的测量以及钢测试件温度传感器10的连接。支撑平台100设计不牢靠会导致钢测试件1在火场条件中产生的位移形变与支撑平台100不稳定所造成的测试试件的位移形变相综合(增大或抵消)。因此对支撑平台100的加固稳定化处理就显得非常必要，故在本发明的一实施例中，如图3、图4和图5所示，通过角件5及螺栓6的使用，不仅可以加固高强度金属支架3彼此的衔接，而且角件5可以与地面相契合，将整个支撑平台100进行地面固定，从而实现整个支撑平台100的固定安稳布置。
(4)有利于测试仪器的安装，固定及使用，确保测量数据的准确性
实验中要求确保测量数据的精度，选取合适的测量仪器满足测试要求。由于热反馈传热量相较于正向传热很小且位移形变量也较小，在一实施例中，可以选择K型热电偶进行温度测量，量程为0～800℃，拉线位移传感器进行位移形变的测量，量程为10mm，精度为千分之二。
1.3测试装置设计方案
根据整个测试装置所包含的内容可以将平台分为两大部分：钢测试件1支撑平台100和实验数据采集分析平台。其中数据采集分析平台通过相应的传感器(位移传感器与钢测试件温度传感器10)连接钢测试件1和采集仪进行数据的采集，然后将数据导出，最终利用数据分析系统400(计算机)进行数据分析，从而完成数据采集分析平台的搭建。
在本发明的一实施例中，可以采用自由拆卸的金属支架3进行组装拼接以得到支撑平台100，根据功能的需求，自由地增减以及移动金属支架3，金属支架3的结构如图6所示。支撑平台100为由三个长方体结构拼装组成的L形结构；长方体结构由金属支架3拼装组成；金属支架3四周设置有用于拼接安装的凹槽4。本发明中，可以通过固定装置11将附着有可燃材料2的钢测试件1固定在支撑平台100上。如图7所示，钢测试件1水平放置时，通过调节金属支架3的位置可以水平放置不同厚度以及不同长度的钢构件；如图8所示，钢测试件1垂直放置时，通过调节金属支架3的位置可以满足垂直情况下不同厚度以及不同长度钢构件的放置；如图9所示，钢测试件1倾斜放置时，通过调节金属支架3的位置，可以满足不同倾角下钢测试件1的放置。
设计支撑平台100应满足钢测试件1在不同倾角下放置；需要有利于钢测试件1的一侧附着不同大小的可燃材料2，且在另一侧可以较简单地分布温度及形变位移测量装置，保证实验监测点的选取；有利于改变工况——采用不同厚度的钢测试件1、钢测试件1所在的角度、以及不同类型的可燃材料2下进行实验，对方案进一步优化，即方案利用可移动固定的金属支架3来进行钢测试件1不同长度、宽度及厚度的放置，调节金属支架3可以对钢测试件1进行倾斜放置从而满足不同倾角下的实验，同时配备有附件加强系统的稳定性。
支架材料的选用要遵循三个原则：材料的使用性能、材料的工艺性能和材料的经济性能。其中选材的最主要依据是材料的使用性能，材料的使用性能指的是零件在使用时所应具备的材料性能，包括机械性能、物理性能和化学性能。对大多数零件而言，机械性能是主要的必能指标，表征机械性能的参数主要有强度极限σb、弹性极限σe、屈服强度σs或σ0.2等。这些参数中强度是机械性能的主要性能指标，只有在强度满足要求的情况下，才能保证零件正常工作，且经久耐用。
2.1测试装置的功能详解
测试装置可以测量钢测试件1的温度、形变位移以及不同工况下的相关数据。具体介绍如下。
(1)测量钢测试件1温度
钢附着可燃材料2燃烧力学响应实验采用尺寸1m×1m×0.01m的Q345钢板作为实验对象，钢测试件1依照国家标准GB/T 1591-2008《低合金高强度结构钢》制造。如图10所示，实验采用20个K型热电偶对钢测试件1表面温度进行监测，均匀分布于钢测试件1的表面。同时使用型号为DH58R20RM的20通道无纸记录仪(即钢测试件温度数据记录仪)对实验过程中的温度变化数据进行采集。
(2)测量形变位移
位移形变数据的测量方式与钢测试件温度数据测量方式类似：通过位移传感器一端连接钢测试件1的待测部位，另一端连接形变位移数据采集仪。实验开始时，实验数据会被记录在数据采集仪器内，实验结束后将被记录的数据导出至数据分析系统400(计算机)即可以进行整理分析。在一实施例中，本发明可以采用拉线式位移传感器进行形变位移的测量，可以通过钼丝8与钢测试件的形变位移测试点所在的面垂直，以减少实验中产生的形变误差。设计时利用支撑平台100支架的灵活性调整高度，在支架上安装滑轮9使其与应变片7处于同一高度，同时固定位移传感器以保证钼丝8可以水平的连接应变片7和位移传感器，以达到形变位移的测量的目的，滑轮9的结构如图11所示。
(3)测量钢测试件1不同工况下的温度与位移
在一实施例中，如图12所示，当钢测试件1两端固定时，另外两端就属于释放状态，可以分别选取一侧的三个测点进行火场条件下的形变位移的测量；如图13所示，当钢测试件1四端全部固定时，各个方向的形变位移都会受到限制，钢测试件1一侧着火，另一侧会产生形变位移，故在着火另一侧中心设置一个形变位移测点，温度测点设置不变。
钢测试件1放置方位的不同，附着的可燃物在火场条件下对钢测试件1产生的影响也不会一样，所以对于钢测试件1放置要满足竖直、水平和不同倾角的要求。
(4)测量可燃材料火焰产生的热辐射反馈
在一实施例中，如图14所示，火焰热反馈热辐射计16由石英玻璃罩17保护，从钢板1一侧打孔至可燃材料2放置安装，测点布局视钢板1和可燃材料2的边长尺寸而定，将钢板1和可燃材料2平面离散化为不连续测点，所测得的数据综合表征可燃材料火焰的热反馈值。热辐射反馈实验可根据测点布局分步骤进行。
2.2测试装置的使用说明
实验场所：舱室。具体操作步骤见下。
(1)可燃材料2附着在钢测试件1上，将钢测试件1固定在支撑平台100上(可燃材料2包括：聚苯乙烯、软质聚氨酯泡沫等)；
(2)确定研究钢测试件1所处工况(竖直、水平、倾斜、两边固定、四边固定等)；
(3)连接形变位移测试系统200和钢测试件温度测试系统300；
(4)开始实验；
(5)实验过程；
在一实施例中，首先将聚氨酯泡沫板牢固粘贴在钢测试件1的一面，并将钢测试件1四边固定在支撑平台100上，力求模拟钢测试件1四边固支条件。点燃位置位于聚氨酯泡沫板的几何中心，通过钢测试件温度测试系统300记录钢测试件1升温过程。钢测试件1竖直放置工况下聚氨酯泡沫于15:37:10时点燃，于15:43:29时完全熄灭，燃烧过程持续404秒；钢测试件1水平放置工况下，聚氨酯泡沫于13:12:33时开始燃烧，于13:20:08时完全熄灭，燃烧过程共持续455秒。由于钢测试件1竖直工况下材料被点燃后，火焰较易向上部蔓延，材料消耗较快，因此钢测试件1竖直工况下的燃烧持续时间长于水平工况。
(6)实验结束；
待火焰熄灭没有烟气后，停止记录，清理现场并将数据导出；
(7)实验数据处理。
钢测试件1竖直放置工况环境温度为9℃-10℃，钢测试件1水平放置工况环境温度为5℃-6℃。
起始时间0s即为可燃材料2被点燃时间，钢测试件1竖直放置工况下，可燃材料2燃烧时间持续404s；钢测试件1水平放置工况下，可燃材料2燃烧时间持续455s。以火熄灭后所有测点温度数据开始下降的时间作为温度监测停止数据记录的时间，钢测试件1竖直和水平放置工况下温度监测所得结果如图15和图16所示。从图中可以看出，两种工况下各测点的温度变化规律均为快速升温后平缓下降。由于软质聚氨酯泡沫的隔热和保温性能，导致其初期燃烧的热量难以迅速传热给所附着的钢测试件1，而使钢测试件1的明显升温有不同程度的时间滞后，其中钢测试件1竖直放置工况明显升温滞后126s，钢测试件1水平放置工况出现明显升温滞后约155s。水平工况20个测点出现明显升温都集中在可燃材料2被点燃后的155s左右，即较为集中出现明显温升；而竖直工况20个测点出现明显升温时间的差异性较大，即在126s～300s的时间区间内。两种工况最高点温度值为97℃和116℃，两个值都出现在火熄灭之前。火熄灭时，相对较高温度的测点的温度值已开始下降，相对较低温度的测点的温度值仍在上升。竖直工况下大部分测点在时间t＝350s-450s期间温度达到最大值，水平工况相对应的时间区间为两段，即在350s-450s和500s-600s。
竖直工况下，具有温度峰值最大的测点(第一排第三个)的升温过程见图17，温度峰值为97℃；水平工况下，具有温度峰值最大的测点(第二排第四个)的升温过程见图18，温度峰值为116℃。图17中，在t＝200-300s时升温速率最大，97℃温度峰值持续的时间区间为350-389s；图18中，在t＝180-350s时升温速率最大，116℃温度峰值持续的时间区间为408-422s。
本发明满足了以下四个技术指标：(1)真实火源环境的可靠性；(2)多功能支撑平台100的结构稳定性和固定强度；(3)测试试件的可变角固定放置工况；(4)温度和形变位移的测量数据可靠性。实现了两个技术关键：(1)多工况真实火灾环境下测试装置多功能支撑平台100的搭建；(2)钢结构在热载荷下的形变位移多点测试方法。具有两个创新点：(1)基于工程实践和火灾案例，研究真实火灾工况下，钢结构附着可燃材料燃烧的热反馈传热对其结构强度的影响的关键科学问题；(2)创新性地构建测试装置，对钢结构抗火关键性能指标进行测试。
综上所述，该测试装置可以模拟真实火灾工况下，钢结构附着可燃材料燃烧的热反馈的传热测试和钢结构力学形变的测试，形成相应的热反馈传热模型和钢结构力学响应行为规律。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，其包含：
用于支撑钢测试件的支撑平台，所述钢测试件的某一面附着可燃材料；
用于测量钢测试件形变位移的形变位移测试系统；
用于测试可燃材料燃烧火焰热辐射反馈的辐射热量测试系统，所述的辐射热量测试系统贯穿所述的可燃材料安装，该系统包含：热辐射计和罩在热辐射计上面的石英玻璃罩；
用于测量可燃材料燃烧火焰温度的火焰温度测试系统；
用于测量钢测试件温升规律的钢测试件温度测试系统，所述的钢测试件温度测试系统包含：分布在钢测试件表面和刚测试件内部的多个钢测试件温度传感器及与钢测试件温度传感器连接的钢测试件温度数据记录仪；
所述支撑平台具有供钢测试件固定安装的至少一个可调节长度的水平安装面、至少一个可调节高度的垂直安装面及至少一个可调倾斜角度的倾斜安装面。
2.如权利要求1所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，所述支撑平台由强度可保证钢测试件固定支承的金属支架拼装组成；所述金属支架能够可移动地与相邻的金属支架固定连接。
3.如权利要求2所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，所述支撑平台为由三个长方体结构拼装组成的L形结构；所述长方体结构由金属支架拼装组成。
4.如权利要求2所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，所述的金属支架四周设置有用于拼接安装的凹槽；所述金属支架之间以及金属支架与地面之间通过角件和螺栓连接。
5.如权利要求1所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，所述的形变位移测试系统可采用激光位移计或接触式拉线位移传感器测量钢测试件的位移。
6.如权利要求1所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，所述的形变位移测试系统包含：设置在钢测试件上的应变片、与应变片通过钼丝连接的接触式拉线位移传感器及与接触式拉线位移传感器连接的形变位移数据采集仪；所述的钼丝与钢测试件的形变位移测试点所在的面垂直；所述形变位移测试系统还包含设置在应变片和接触式拉线位移传感器之间，用于支撑钼丝的滑轮。
7.如权利要求1所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，所述的用于测量可燃材料燃烧火焰温度的火焰温度测试系统，包含竖直分布在可燃材料表面用于测量火焰温度的多个火焰温度传感器及与火焰温度传感器连接的火焰温度数据记录仪。
8.如权利要求1所述的钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置，其特征在于，钢测试件附着可燃材料燃烧实验在实验舱室内进行；所述的实验舱室结构强度满足实验火灾工况要求；所述的实验舱室具备排烟系统、防火门和观察窗。
CN201811613866.4A 2018-12-27 2018-12-27 一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置 Active CN109613058B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811613866.4A CN109613058B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811613866.4A CN109613058B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109613058A CN109613058A (zh) 2019-04-12
CN109613058B true CN109613058B (zh) 2021-07-13

Family

ID=66012956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811613866.4A Active CN109613058B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109613058B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110044961B (zh) * 2019-04-23 2021-09-07 东北大学 一种粉尘层火蔓延行为的观测试验装置及方法
CN110596188B (zh) * 2019-10-29 2022-07-19 中国民用航空总局第二研究所 复合材料火焰蔓延测试装置及测试方法
CN114047225A (zh) * 2021-11-08 2022-02-15 中国科学技术大学 一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2462382Y (zh) * 2001-01-08 2001-11-28 中国科学技术大学 热辐射式火灾特性试验台
US6982566B1 (en) * 2004-04-01 2006-01-03 Altera Corporation Method and apparatus for operating a burn-in board to achieve lower equilibrium temperature and to minimize thermal runaway
JP2007030416A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Ohbayashi Corp 可燃性材料の不燃化方法及び不燃材料
CN101382533A (zh) * 2008-10-15 2009-03-11 西安近代化学研究所 真空条件下火药燃烧特性测试装置
CN202331105U (zh) * 2011-10-28 2012-07-11 沈阳合兴检测设备有限公司 一种用于防火涂料耐燃时间测试仪的管道风量控制系统
CN102788811A (zh) * 2012-06-06 2012-11-21 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 燃气轮机透平叶片高温合金涂层服役温度的预测方法
CN102798646A (zh) * 2012-08-16 2012-11-28 东华大学 一种模仿接触作用的防火绝热性测量机构
WO2013060556A1 (de) * 2011-10-27 2013-05-02 Avl List Gmbh Verfahren und eine vorrichtung zum parametrieren eines sensors
CN203324213U (zh) * 2013-04-24 2013-12-04 中国计量学院 一种热辐射反馈作用下热固性材料表面火蔓延实验测试装置
CN103495328A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 天津赛智科技发展有限公司 专用于喷涂车间输出浓度可控的吸附系统
CN104167118A (zh) * 2014-07-15 2014-11-26 上海海事大学 船舶火灾的模拟实验装置
CN105548457A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种防火墙密封剂防火性能的测试方法
CN106290466A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 国网安徽省电力公司电力科学研究院 成束电缆间火灾横向蔓延测试装置
CN107300572A (zh) * 2017-06-29 2017-10-27 浙江中联消防产品质量检测有限公司 一种铺地材料临界热辐射通量测试系统和方法
CN107389354A (zh) * 2017-08-31 2017-11-24 北京理工大学 基于预混燃烧引燃的附壁油膜燃烧实验装置和方法
CN107421844A (zh) * 2017-08-23 2017-12-01 南京林业大学 基于热分析－红外联用的沥青各组分短期老化模拟方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2462382Y (zh) * 2001-01-08 2001-11-28 中国科学技术大学 热辐射式火灾特性试验台
US6982566B1 (en) * 2004-04-01 2006-01-03 Altera Corporation Method and apparatus for operating a burn-in board to achieve lower equilibrium temperature and to minimize thermal runaway
JP2007030416A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Ohbayashi Corp 可燃性材料の不燃化方法及び不燃材料
CN101382533A (zh) * 2008-10-15 2009-03-11 西安近代化学研究所 真空条件下火药燃烧特性测试装置
WO2013060556A1 (de) * 2011-10-27 2013-05-02 Avl List Gmbh Verfahren und eine vorrichtung zum parametrieren eines sensors
CN202331105U (zh) * 2011-10-28 2012-07-11 沈阳合兴检测设备有限公司 一种用于防火涂料耐燃时间测试仪的管道风量控制系统
CN102788811A (zh) * 2012-06-06 2012-11-21 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 燃气轮机透平叶片高温合金涂层服役温度的预测方法
CN102798646A (zh) * 2012-08-16 2012-11-28 东华大学 一种模仿接触作用的防火绝热性测量机构
CN203324213U (zh) * 2013-04-24 2013-12-04 中国计量学院 一种热辐射反馈作用下热固性材料表面火蔓延实验测试装置
CN103495328A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 天津赛智科技发展有限公司 专用于喷涂车间输出浓度可控的吸附系统
CN104167118A (zh) * 2014-07-15 2014-11-26 上海海事大学 船舶火灾的模拟实验装置
CN105548457A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种防火墙密封剂防火性能的测试方法
CN106290466A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 国网安徽省电力公司电力科学研究院 成束电缆间火灾横向蔓延测试装置
CN107300572A (zh) * 2017-06-29 2017-10-27 浙江中联消防产品质量检测有限公司 一种铺地材料临界热辐射通量测试系统和方法
CN107421844A (zh) * 2017-08-23 2017-12-01 南京林业大学 基于热分析－红外联用的沥青各组分短期老化模拟方法
CN107389354A (zh) * 2017-08-31 2017-11-24 北京理工大学 基于预混燃烧引燃的附壁油膜燃烧实验装置和方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Treated and untreated foam core particleboards with intumescent veneer》;Mark A. Dietenberger等;《J Them Anal Calorim》;20130730;第979-987页 *
《涂层的热膨胀系数与附着力》;吴贤官等;《上海涂料》;20060131;第44卷(第1期);第39-42页 *
《火灾环境下钢结构力学响应行为研究进展》;郭相凯等;《消防技术与产品信息》;20180831;第31卷(第8期);第18-23页 *
《火灾环境下钢结构响应行为的FDS-ABAQUS热力耦合方法研究》;段进涛等;《工程力学》;20170228;第34卷(第2期);第197-206页 *
《船舶舱室火灾烟气蔓延的场-区耦合模型》;汪金辉等;《交通运输工程学报》;20150430;第15卷(第2期);第59-69页 *
《阻燃木材的燃烧热释放率研究》;肖忠平等;《福建林学院学报》;20040108;第22卷(第4期);第325-328页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109613058A (zh) 2019-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109613058B (zh) 一种钢附着可燃材料燃烧的热反馈传热效应测试装置
Wan et al. Effects of pool size and spacing on burning rate and flame height of two square heptane pool fires
Beaulieu et al. Effect of oxygen on flame heat flux in horizontal and vertical orientations
Pizzo et al. Steady and transient pyrolysis of thick clear PMMA slabs
Wickström The plate thermometer-a simple instrument for reaching harmonized fire resistance tests
CN203324213U (zh) 一种热辐射反馈作用下热固性材料表面火蔓延实验测试装置
CN110441467A (zh) 一种环境风作用下固体燃料变角度火灾蔓延实验装置
Bao et al. Experimental analysis of steel beams subjected to fire enhanced by Brillouin scattering-based fiber optic sensor data
Wang et al. Fracture behavior of framing coated glass curtain walls under fire conditions
Byström et al. Large scale test on a steel column exposed to localized fire
Janssens Fundamental measurement techniques
Wu et al. High-temperature deformation measurement of the heated front surface of hypersonic aircraft component at 1200° C using digital image correlation
Reszka In-depth temperature profiles in pyrolyzing wood
KR20090010551A (ko) 온도조절이 가능한 콘칼로리미터 및 이를 이용한 연소성시험방법
Wang et al. Experimental study on fallout behaviour of tempered glass façades with different frame insulation conditions in an enclosure fire
Delichatsios et al. Effect of external radiant heat flux on upward fire spread: measurements on plywood and numerical predictions
Jowsey Fire imposed heat fluxes for structural analysis
CN210863655U (zh) 一种环境风作用下固体燃料变角度火灾蔓延实验装置
Gregor et al. A quasi-adiabatic laminar flat flame burner for high temperature calibration
Nguyen et al. Method of measuring the temperature of wood exposed to fire with type K thermocouples
Bearinger et al. Measuring heat transfer from firebrands to surfaces
Nakos Description of heat flux measurement methods used in hydrocarbon and propellant fuel fires at Sandia.
Han et al. Calibration of the plate thermometer for measuring heat flux using a conical heater
Raether et al. Thermal Management of Heating Processes–Measuring Heat Transfer Properties
Kulkarni et al. Heat loss to the interior of a free burning vertical wall and its influence on estimation of effective heat of gasification

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant