CN109828078B - 采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法，装置包括供油系统、流淌系统、溢流系统和测试系统，可燃液体预先放置在油桶内，通过蠕动泵经硅胶软管、钢管缓冲管入流淌面托盘内，点火燃烧，用测试系统的热电偶树、摄像机、粘合式热电偶、辐射热流计、红外热像仪进行实验数据及图像采集，与多通道数据采集仪相连，远程数据传输、实时显示和控制，实现流淌燃烧面积、温度、热辐射、火焰高度等参数测量，可通过改变泄漏参数、材料垫层、流淌面角度等，效果是实验效率高、安全可控，操作简单、使用方便，测量精确，可开展不同物质、不同流淌面类型、不同流淌角度的平面自由流淌燃烧状态研究。

Description

采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法

技术领域

本发明涉及一种流淌燃烧，特别涉及一种采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法。

背景技术

可燃液体流淌火灾是石油化工等工业生产、输送、储存场所中常见的灾害事故类型。有关可燃液体流淌燃烧演化规律及事故后果预测、防控是当前火灾爆炸防治领域研究的热点。目前有关液体流淌火灾事故实验研究主要集中在液体泄漏充分扩展后形成的液池稳态燃烧方面，较少有针对连续泄漏状态下的流淌火非稳态过程研究。现有相关实验装置多用于研究单一流淌方向的燃烧特征，流淌面类型固定、流淌方向受约束，尚缺乏可模拟自由流淌状态下及可同时考虑流淌面类型的综合性实验装置及方法。因此构建一个可以模拟自由状态下可燃液体泄漏流淌非稳态燃烧的小尺度实验平台显得尤为重要，利用该平台可以开展不同物质在不同泄漏速率、不同流淌面材料类型、不同流淌角度下的平面二维自由流淌燃烧状态研究，为液体储运、生产等泄漏火灾事故预防技术提供新的技术方案和理论基础，为预防和控制流淌火事故提供理论依据和试验数据。

发明内容

为弥补现有研究手段的不足和空白，本发明提供一种采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法，可实现针对不同类型的可燃液体样品开展不同泄漏速率、不同流淌面材料类型、不同流淌角度等条件下燃烧特征参数测试、试验过程观测及数据采集，同时利用该装置进行改造，而进一步开展液体流淌燃烧的围堵、抑制等方面的研究。具体技术方案是，一种采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法，其特征在于,所述实验装置包括供油系统、流淌系统、溢流系统、测试系统，供油系统包括油桶支架、油桶、软管固定卡子、硅胶软管、蠕动泵，流淌系统包括宝塔接头、钢管、阀门、缓冲管、流淌面托盘、材料垫层，溢流系统包括溢流槽、阀门、溢流槽支架，测试系统包括热电偶树、粘合式热电偶、辐射热流计、摄像机、红外热像仪、多通道数据采集仪，所述的供油系统，油桶为无盖圆柱形，放置于油桶支架上，油桶侧边焊接一个圆环作为软管固定卡子，硅胶软管一端穿过固定卡子放置于油桶内，另一端穿过蠕动泵的泵头与流淌系统的宝塔接头相连接，硅胶软管外包有一层防火岩棉或防火毯进行隔热保护；所述的流淌系统，流淌面托盘为正方形无盖盒体，缓冲管垂直固定于流淌面托盘正中心，其下端面伸出流淌面托盘的底端面，上端面露出流淌面托盘的内底端面，缓冲管直径与流淌面托盘边长比为不大于1/10，缓冲管下端通过钢管与阀门一端连接，阀门另一端通过钢管与宝塔接头相连，流淌面托盘内填充材料作为材料垫层，材料垫层表面平整，填充高度与缓冲管上端面齐平， 用不燃材料在其表面绘制网格线辅助观察燃烧面积，通过置换填充材料可模拟不同下垫面类型的流淌燃烧实验；所述的溢流系统，溢流槽为凹形结构沟槽且内是渐低的坡道，在低点处设置溢流槽阀门，溢流槽支架四角内安装有螺栓脚，流淌面托盘置于溢流槽支架上，溢流槽位于流淌面托盘下端面的四周，使流淌面托盘内的溢出物全部流入溢流槽内；所述的测试系统，热电偶树为十个热电偶均匀间隔串接而成，热电偶树置于流淌面托盘中心正上方，数个粘合式热电偶粘合在流淌面托盘下端面上，红外热像仪置于流淌面托盘一侧外并与流淌面托盘内材料垫层上平面齐平，辐射热流计间隔置于流淌面托盘一侧外，摄像机置于红外热像仪上方，热电偶树、粘合式热电偶、辐射热流计、摄像机、红外热像仪通过数据传输导线与多通道数据采集仪相连。

实验方法包括以下步骤，步骤一：实验准备及仪器校核，1、环境及液体参数记录：记录实验条件下的环境温度、空气湿度、液体密度、液体温度，2、流淌面状态调节：通过调节溢流槽支架四角螺栓脚保证流淌面处于水平状态或某一角度，用水平仪或角度仪进行检查，3、校准蠕动泵流速：设定蠕动泵实验参数，用烧杯称量实验泄漏速率工况下一段时间内流出液体体积，与蠕动泵计量端数值进行比对，不一致则校准蠕动泵参数；步骤二：液体稳态燃烧，1、液体预充管道：打开阀门、开启蠕动泵，使液体从硅胶软管、钢管流至缓冲管内，待液面接近缓冲管顶部时关闭蠕动泵，2、点火形成稳态燃烧：用点火器点燃液面，形成稳态燃烧；步骤三：液体流淌燃烧和测试，1、可燃液体二次输送，开启蠕动泵，随着可燃液体液面超过缓冲管管口，可燃液体在材料垫层表面形成持续流淌燃烧，2、打开测试系统（4）所有测试仪器设备，记录图像和测点参数； 步骤四：实验结束，1、单次燃烧实验结束后，关闭蠕动泵，停止液体持续输送，2、待液体燃烧面积缩小至流淌面缓冲管内时，采用灭火板进行隔氧窒息灭火，3、打开溢流槽阀门，放空溢流槽内液体，打开蠕动泵反向灌装，回收钢管和硅胶软管内未燃烧液体， 4、待材料垫层、可燃液体温度冷却后重复步骤一开启下次实验，5、实验全部结束后关闭测试装置，整理实验器材。

本发明的技术效果是，1、可模拟实现可燃液体平面泄漏自由流淌燃烧状态，泄漏持续动态燃烧、流淌方向无约束，实验效率高、可重复开展、安全可控。2、通过改变蠕动泵参数、换装流淌面托盘内填充的材料垫层，可开展不同物质、不同流淌面类型的流淌燃烧研究，操作简单、使用方便。3、实验前通过对比蠕动泵设定液体流量与实际流量，校核蠕动泵参数，可以弥补因液体在软管、钢管内流动时沿程阻力损失出现的误差，保证实验测量参数精准度。4、通过在流淌面设置网格线，并辅以双角度定位摄像机图像拍摄，可实现流淌燃烧面积的准确测量，为可燃液体流淌燃烧面积预测模型的建立提供基础数据。

附图说明

图1是本发明的总体布局图；

图2是本发明的流淌面托盘俯视图；

图3是本发明的流淌系统结构主视图；

图4 是本发明的流淌系统结构俯视图；

图5是本发明的实验流程图。

具体实施方式

下面结合附图及针对正庚烷的流淌燃烧实施例对本发明进一步说明。

如图1～图4所示，可实现可燃液体在平面二维自由流淌燃烧的小尺度模拟实验装置，包括供油系统1、流淌系统2、溢流系统3、测试系统4。

供油系统包括油桶支架101、油桶102、软管固定卡子103、硅胶软管104、蠕动泵105，无盖圆柱形的油桶102放置于油桶支架101上，油桶102侧边焊接一个圆环作为软管固定卡子103，硅胶软管104一端穿过固定卡子103放置于油桶内，另一端穿过蠕动泵105的泵头与流淌系统2的宝塔接头201相连接，硅胶软管104外包有一层防火岩棉或防火毯进行隔热保护；

流淌系统包括宝塔接头201、钢管202、阀门203、缓冲管204、流淌面托盘205、材料垫层206组成，流淌面托盘（205）为边长100cm正方形无盖盒体，缓冲管204垂直固定于流淌面托盘205正中心，其下端面伸出流淌面托盘205的底端面，上端面露出流淌面托盘205的内底端面5cm，缓冲管204直径5cm，缓冲管直径与流淌面托盘205边长比为1/20，是根据实验过程观测和流淌燃烧持续时间决定的，缓冲管204下端通过钢管202与阀门203一端连接，阀门203另一端通过钢管202与宝塔接头201相连，阀门203可控制在钢管202内液体流动状态，流淌面托盘205内填充水泥作为材料垫层206，材料垫层206表面平整，填充高度与缓冲管204上端面齐平，用不燃材料在其表面绘制网格线辅助观察燃烧面积，通过置换填充材料可模拟不同下垫面类型的流淌燃烧实验，可燃液体在蠕动泵105的动力作用下，通过硅胶软管104、钢管202流动至缓冲管204内，随着管内可燃液体液面抬升超过管口，在材料垫层表面形成自由流淌现象。

溢流系统3，包括溢流槽301、阀门302、溢流槽支架303组成，溢流槽301为凹形结构沟槽且内是渐低的坡道，用于承接从材料垫层206表面泄流的液体，在最低点处设置溢流槽阀门（302），用于实验结束后打开阀门放空溢流槽内液体，溢流槽支架（303）四角内安装有螺栓脚，通过旋拧螺栓可调节材料垫层206的水平角度和倾斜角度。

测试系统包括热电偶树401、粘合式热电偶402、辐射热流计403、摄像机404、红外热像仪405、多通道数据采集仪406，热电偶树401为十个热电偶均匀间隔串接而成，热电偶树401置于流淌面托盘205中心正上方，热电偶树401最低点高于材料垫层206上平面1cm。

三个粘合式热电偶402相间10cm，粘合在流淌面托盘205下端面上，用于测量液体燃烧时流淌面托盘205温度并计算经材料垫层和托盘热传导的热量损失，红外热像仪405置于流淌面托盘205一侧外并与流淌面托盘205内材料垫层206上平面齐平，用于观测火焰高度，辐射热流计403间隔50cm置于流淌面托盘外，用于测试周边热辐射,摄像机404记录燃烧面积、流淌燃烧速率，置于红外热像仪405上方，热电偶树401、粘合式热电偶402、辐射热流计403、摄像机404、红外热像仪405通过数据传输导线与多通道数据采集仪406相连，实现远程数据传输、实时显示和控制，可实现流淌燃烧面积、温度、热辐射、流淌燃烧速率等参数测量。

如图5所示，具体实施方法：可燃液体预先放置在油桶102内，通过温度计、湿度计、密度计等工具计量并记录液体温度、环境温度、空气湿度、液体密度等参数，作为后续流淌燃烧理论模型的基本参数。调节溢流槽支架303的四个螺栓脚，保证溢流面处于水平状态，可用水平仪进行检测或用水观察液体流淌状态。设定蠕动泵105转速和流量至试验条件工况，将宝塔接头201与实验装置上钢管202脱离、与另一段相同长度相同尺寸的钢管连接，打开蠕动泵105用烧杯测量10s内流出液体体积，与蠕动泵105设定工况应泵出体积相比较，若不一致则校准蠕动泵105参数，可减少因沿程水力损失导致实验工况液体泄漏流量误差。校准完成后，连接宝塔接头和钢管202、关闭阀门302、启动蠕动泵105、打开阀门203，液体从油桶102经硅胶软管104、钢管202流至缓冲管204内。观察管内液体液面，待液面距离顶部1-2cm时，关闭蠕动泵105。采用点火棒点燃缓冲管204内液面，此时液面呈现池火稳定燃烧状态。打开测试仪器、开启蠕动泵105，使燃烧液体持续从缓冲管204流出至流淌面材料垫层206表面。热电偶树401、摄像机404、粘合式热电偶402、辐射热流计403、红外热像仪405工作进行实验数据及图像采集，通过数据传输导线与多通道数据采集仪（406）相连，实现远程数据传输、实时显示和控制，可实现流淌燃烧面积、温度、热辐射、流淌燃烧速率等参数测量。

单次实验结束后，关闭蠕动泵105，观察液体燃烧状态，待燃烧液面缩小至缓冲管204内转为池火燃烧状态时，采用灭火板遮盖、隔氧窒息原理灭火。灭火后，打开溢流槽阀门302放空溢流槽301内积聚液体，蠕动泵105反向灌装回收钢管202和硅胶软管104内未燃烧液体。冷却一段时间后，测量液体温度和溢流面温度，待恢复正常时，可通过改变泄漏参数、材料垫层、流淌面角度等至设定实验工况，进行下一次实验。

Claims (1)

1. 一种采用可燃液体平面自由流淌燃烧模拟实验装置的实验方法，其特征在于, 所述实验装置包括供油系统（1）、流淌系统（2）、溢流系统（3）、测试系统（4），供油系统（1）包括油桶支架（101）、油桶（102）、软管固定卡子（103）、硅胶软管（104）、蠕动泵（105），所述的流淌系统（2）包括宝塔接头（201）、钢管（202）、阀门（203）、缓冲管（204）、流淌面托盘（205）、材料垫层（206），所述的溢流系统（3）包括溢流槽（301）、阀门（302）、溢流槽支架（303），所述的测试系统（4）包括热电偶树（401）、粘合式热电偶（402）、辐射热流计（403）、摄像机（404）、红外热像仪（405）、多通道数据采集仪（406），所述的供油系统（1），油桶（102）为无盖圆柱形，放置于油桶支架（101）上，油桶（102）侧边焊接一个圆环作为软管固定卡子（103），硅胶软管（104）一端穿过固定卡子（103）放置于油桶内，另一端穿过蠕动泵（105）的泵头与流淌系统（2）的宝塔接头（201）相连接，硅胶软管（104）外包有一层防火岩棉或防火毯进行隔热保护；所述的流淌系统（2），流淌面托盘（205）为正方形无盖盒体，缓冲管（204）垂直固定于流淌面托盘（205）正中心，其下端面伸出流淌面托盘（205）的底端面、上端面露出流淌面托盘（205）的内底端面，缓冲管（204）直径与流淌面托盘（205）边长比不大于1/10，缓冲管（204）下端通过钢管（202）与阀门（203）一端连接，阀门（203）另一端通过钢管（202）与宝塔接头（201）相连，流淌面托盘（205）内填充材料作为材料垫层（206），材料垫层（206）表面平整，填充高度与缓冲管（204）上端面齐平， 用不燃材料在其表面绘制网格线辅助观察燃烧面积，通过置换填充材料可模拟不同流淌面类型的流淌燃烧实验，所述的溢流系统（3），溢流槽（301）为凹形结构沟槽且内是渐低的坡道，在低点处设置溢流槽阀门（302），溢流槽支架（303）四角内安装有螺栓脚；流淌面托盘（205）置于溢流槽支架（303）上，溢流槽（301）位于流淌面托盘（205）下端面的四周，使流淌面托盘（205）内的溢出物全部流入溢流槽（301）内；所述的测试系统（4），热电偶树（401）为十个热电偶均匀间隔串接而成，热电偶树（401）置于流淌面托盘（205）中心正上方，数个粘合式热电偶（402）粘合在流淌面托盘（205）下端面上，红外热像仪（405）置于流淌面托盘（205）一侧外并与流淌面托盘（205）内材料垫层（206）上平面齐平，辐射热流计（403）间隔置于流淌面托盘一侧外，摄像机（404）置于红外热像仪（405）上方，热电偶树（401）、粘合式热电偶（402）、辐射热流计（403）、摄像机（404）、红外热像仪（405）通过数据传输导线与多通道数据采集仪（406）相连；实验方法包括以下步骤，

步骤一：实验准备及仪器校核，

1、环境及液体参数记录：记录实验条件下的环境温度、空气湿度、液体密度、液体温度，

2、流淌面状态调节：通过调节溢流槽支架（303）四角螺栓脚保证流淌面处于水平状态或某一角度，用水平仪或角度仪进行检查，

3、校准蠕动泵（105）流速：设定蠕动泵（105）实验参数，用烧杯称量实验泄漏速率工况下一段时间内流出液体体积，与蠕动泵（105）计量端数值进行比对，不一致则校准蠕动泵（105）参数；

步骤二：液体稳态燃烧，

1、液体预充管道：打开阀门（203）、开启蠕动泵（105），使液体从硅胶软管（104）、钢管（202）流至缓冲管（204）内，待液面接近缓冲管（204）顶部时关闭蠕动泵（105），

2、点火形成稳态燃烧：用点火器点燃液面，形成稳态燃烧；

步骤三：液体流淌燃烧和测试，

1、可燃液体二次输送，开启蠕动泵（105），随着可燃液体液面超过缓冲管（204）管口，可燃液体在材料垫层（206）表面形成持续流淌燃烧，

2、打开测试系统（4）所有测试仪器设备，记录图像和测点参数；

步骤四：实验结束，

1、单次燃烧实验结束后，关闭蠕动泵（105），停止液体持续输送，

2、待液体燃烧面积缩小至流淌面缓冲管（204）内时，采用灭火板进行隔氧窒火息灭，

3、打开溢流槽阀门（302），放空溢流槽（301）内液体，

4. 打开蠕动泵（105）反向灌装，回收钢管（202）和硅胶软管（104）内未燃烧液体，

5、待材料垫层（206）、可燃液体温度冷却后重复步骤一开启下次实验，

6、实验全部结束后关闭测试系统（4）的所有测试仪器设备，整理实验器材。

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