CN110274746A - 一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，主要包括一个供液池，一个稳液池，一个燃烧池，一台电子天平，一面隔风板以及若干热电偶、风速仪和平行风风机；所述稳液池焊接在所述供液池中心，且底部与所述燃烧池通过一条燃料连通管相连接，所述供液池通过一个供液池支架和一个底板置于所述电子天平上；所述平行风风机可根据风机数量、风力和角度大小等参数的调整，灵活快捷的营造所需的预定风场环境，并保证风场环境不会对燃料质量的测量产生影响，从而准确研究各种风场下液体燃料的燃烧特性，并为相关测试及标准建立提供依据。

Description

一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置

技术领域

本发明涉及风场环境下的液体燃料燃烧特性及火灾演化规律，更具体的说，涉及一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置。

背景技术

风场环境是影响火灾可燃物燃烧的重要影响因素之一，在诸多火灾场景中均存在风场环境对燃烧进程的作用，如隧道中的汽车火灾事故、高层建筑中的房间火灾、野外油田的意外失火以及山地森林火灾等等，风场均扮演着重要角色。在风场的风速及风向作用下，燃料的燃烧速率、火焰的物理形貌将与无风情况有着显著区别。此前已有文献对风场环境下的液体燃料火灾做过一定研究，例如“变风向通风对池火火焰长度的影响”(发表于《燃烧科学与技术》2013年第19卷第3期)一文中便提到了一种试验方法，用于研究不同风向条件对池火的燃烧速率及火焰长度的影响规律。然而，此类方法也存在明显局限性：首先，风场直接作用于燃烧用的燃料盘，而燃料盘是置于用于质量测量的电子天平上，因此无可避免的，风力通过传递将对电子天平产生干扰，所得到的质量数据与燃料的燃烧速率并不精确，且误差带有很大的随机扰动性；其次，风场环境的营造较为单一，通常是平行风风场，而对于真实火灾中常见的旋流风场、扰流风场等无法作出灵活的再现，因此总体而言，现有的测试方法并不能满足对风场环境下池火燃烧行为的深入分析。

发明内容

本发明的目的是提出一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，通过液面联通原理以及灵活的平行风风机，营造出各种预设风场环境，并且可有效排除风力对燃烧中燃料质量测量的影响，用于研究不同风场环境下，液体池火的燃烧速率及相关特性发展规律。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了：一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，包括：

一个顶部开口的圆盘形的供液池，在其正中心固接一个内径小于供液池、但内壁高于供液池的圆盘形稳液池；所述稳液池底部圆心处打孔并焊接一段第一导管；所述供液池的盘壁边缘通过一个液泵支架连接一个小型液泵，所述小型液泵的进液管伸入所述供液池底部，而其液泵出液管则处于高于稳液池并且不与所述稳液池发生接触得位置；

在所述供液池支架下方依次放置一块底板和一台电子天平，底板和电子天平整体放置于地面上；在离所述供液池一定距离远处架设一个圆盘形燃烧池，其底部圆心也开孔并焊接一段第二导管，并通过一条燃料连通管连接到所述稳液池的第一导管上；

所述供液池和燃烧池的正下方分别安装供液池支架和燃烧池支架，所述供液池支架和燃烧池支架上分别有4个高度可调的支脚；

所述燃烧池的上缘高于比所述稳液池上缘；在所述供液池和所述燃烧池之间靠近供液池的一方安装一块隔风板；在所述燃烧池的正上方安装一个由若干热电偶组成的热电偶测温阵列，并正对所述燃料池架设一台高清摄像机，用于对燃料燃烧时的火焰形态进行拍摄，在所述燃烧池的边缘内侧安装一个电火花点火器，在注入燃料后用于对燃料进行点火，在所述燃烧池周围根据需要架设若干平行风风机，根据风机数量、风力和角度大小等参数的调整，可用于营造所需的预定风场。

在一较佳实施例中：所述平行风风机包括一个平行风风机箱体，该箱体的出风口由纵横交叉的出风口整流板排布组成；

所述箱体的内部还安装有一个可控变频风机，所述风机箱体的高度和倾角通过两侧的高度与角度调节旋钮配合两个风机支架进行自由调节和固定。

在一较佳实施例中：所述风机支架竖直焊接在风机底座上，所述平行风风机的出口送风的速度大小通过调节所述可控变频风机功率，并用一个风速仪来进行标定。

在一较佳实施例中：所述供液池在注入燃料后，其液位高度需要没过所述液泵进液管的管口。

在一较佳实施例中：所述支脚插有一根支架伸缩杆，并通过各自的紧固螺栓进行高度调节、水平调节和锁固。

与现有技术相比，本装置的技术优势如下：

1.本发明提供的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，燃料在燃烧过程中的质量变化由所述供液池下方的所述电子天平进行测量，而不是直接对所述燃烧池进行测量，再配合隔风板，有效阻断了风场的风力对质量测量的干扰，精确度大幅提高。

2.本发明提供的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，所述平行风风机的功率、高度、仰角均可自由调节，利用若干所述风机可自由灵活地营造出各种所需的风场环境。

3.本发明提供的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，若干所述热电偶组成的测温阵列和所述高清摄像机，可在线记录火焰在风场环境中的温度变化及物理图像变化，配合所述电子天平所测得的质量数据，可用于全面研究风场环境下燃料的燃烧特性变化规律。

附图说明

图1为一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置示意图；

图2为该测试装置中用于营造风场的平行风风机示意图；

图3为使用该测试装置营造旋流火焰的风机与燃烧池设置示意图；

图4为使用该测试装置营造剪切流倾斜火焰的风机与燃烧池设置示意图；

其中：100为供液池，101为稳液池，102为小型液泵，103为液泵支架，104为液泵进液管，105为液泵出液管，106为燃料，107为燃料连通管，108为供液池支架，109为支架伸缩杆，110为紧固螺栓，111为底板，112为电子天平，113为地面，114为隔风板，115为燃烧池，116为燃烧池支架，117为燃烧池支架紧固螺栓，118为燃烧池支架伸缩杆，119为热电偶，120为高清摄像机，121为电火花点火器，122为平行风风机；

200为平行风风机箱体，201为出风口整流板，202为可控变频风机，203为高度与角度调节旋钮，204为风机支架，205为风机底座，206为风速仪，207为出口送风。

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。

如图1所示，不锈钢材质的圆盘形供液池100正中心焊接一个不锈钢材质的圆盘形稳液池101，该稳液池101底部圆心处打孔并焊接一段不锈钢第一导管，本实施例中，所述供液池100内部直径80厘米、内壁高10厘米，而所述稳液池101内部直径20厘米、内壁高12厘米，两者顶部均为开口状态；在所述供液池100的盘壁边缘通过一个液泵支架103焊接一个由内部锂电池供电的小型液泵102，该小型液泵102的进液管104伸入所述供液池100底部，而其液泵出液管105则处于稳液池101上方约5毫米高处，以保证不发生接触，此处的所述进液管104和出液管105均为不锈钢材质、内径5毫米。

在所述供液池100的正下方安装一个供液池支架108，所述支架108上有4个圆筒支脚，每个支脚插有一根支架伸缩杆109，并通过各自的紧固螺栓110进行高度调节、水平调节和锁固，在所述供液池支架108下方放置一块硬质石膏的底板111，并在其正下方安装一台电子天平112，整体放置于地面113上。在距离所述供液池100一定距离处(本例中取水平距离4米远)架设一个不锈钢材质的圆盘形燃烧池115(内径根据测试需要灵活定制，如30厘米)，其底部圆心也开孔并焊接一段不锈钢第二导管，并通过一条不锈钢的燃料连通管107连接到所述稳液池101的底部第一导管上，类似的，在所述燃烧池115底部焊接4个燃烧池支架116，同样为圆筒状，下方分别通过一个燃烧池支架伸缩杆118和一个燃烧池支架紧固螺栓117进行高度调节、水平调节和锁固。

所述燃烧池115的上缘比所述稳液池101上缘高出2厘米。在所述供液池100和燃烧池115之间靠近供液池100的一方安装一块隔风板114，以保证风场不会对所述供液池100产生干扰以及对下方电子天平112的测量产生影响。

本实施例中，所述隔风板为一面由耐火石棉板拼接而成的3m高、3m宽的正方形隔板；在所述燃烧池115的正上方安装一个由若干热电偶119组成的热电偶测温阵列，并正对所述燃料池115架设一台高清摄像机120，在该燃烧池115边缘内侧安装一个电火花点火器121，用于对燃料106的点火，最后，在所述燃烧池115周围根据需要架设若干平行风风机122，用于营造所需的风场，该风机122将结合图2作进一步说明。

如图2所示，所述平行风风机122首先包含一个平行风风机箱体200，该机箱200的出风口由纵横交叉且横截面为正方形的出风口整流板201排布组成，其风力由内部另一侧的可控变频风机202提供，所述风机箱体200的高度和倾角均可通过两侧的高度与角度调节旋钮203配合风机支架204进行自由调节和固定，该支架204竖直焊接在一个铁质的风机底座205上，所述平行风风机122的出口送风207的大小通过调节所述变频风机202功率并用一个风速仪206来进行标定。利用所述风机122可以营造出各种所需的风场，图3和图4给出了两种具有代表性的风场。

如图3所示，给出了利用4个所述平行风风机122营造旋转风场的设置，4个所述风机机箱200按照圆形阵列均匀分布在所述燃烧池115四周，并保持每个所述风机122的出口送风207以同样的倾角斜向上进行送风，进而在燃烧池115中后续可产生旋流火焰燃烧，例如本例中，每个所述机箱200距离所述燃烧池水平距离0.5米，向上倾角45度，出口送风207风速为1米每秒。

又如图4所示，给出了利用3个所述平行风风机122营造较大尺度平行风场的设置，3个所述风机机箱200水平并排，与燃烧池115距离1米远，所述机箱200的下缘恰好与所述燃烧池115的上缘齐平，进而在燃烧池115中可产生受剪切流形成的倾斜火焰，本例中出口送风207风速为2米每秒。

测试前，首先向所述供液池100和所述稳液池101注入所述燃料106，由于所述稳液池106与所述燃烧池115的底部通过所述燃料连通管107相互连通，因此所述稳液池106与所述燃烧池115的燃料106液面高度是一致的，初始时，将所述稳液池101注满燃料106，而供液池100的燃料106注入到8厘米液位高度即可，此时开启所述小型液泵102，并预先调节好功率，使燃料106从供液池100中持续抽入稳液池101中，而燃料106也会不断从稳液池101中溢出到供液池100中，以保持燃烧池115中的燃料106液位不变；接着便可设置所述平行风风机122，例如按照图4的方式进行风机122的布设；此外，所述电子天平112、热电偶传感器119及高清摄像机120均在测试开始前提前进行数据记录。

测试时，开启所述平行风风机122，等待1分钟，待风场稳定后，利用所述电火花点火器121引燃所述燃烧池115中的燃料106，在整个过程中由于所述小型液泵102的工作，所述稳液池101始终保持液位为满状态，且不断有适量燃料106从中溢出到供液池100中，并不断循环，所述燃料106的燃烧质量变化由所述电子天平112进行测量，而火焰的温度由所述若干热电偶119测量，火焰的物理图像则由所述高清摄像机120进行记录。

上文所述，仅为本发明较佳的实施范例，不能依此限定本发明实施的范围。即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，其特征在于包括：

一个顶部开口的圆盘形的供液池，在其正中心固接一个内径小于供液池、但内壁高于供液池的圆盘形稳液池；所述稳液池底部圆心处打孔并焊接一段第一导管；所述供液池的盘壁边缘通过一个液泵支架连接一个小型液泵，所述小型液泵的进液管伸入所述供液池底部，而其液泵出液管则处于高于稳液池并且不与所述稳液池发生接触得位置；

在所述供液池支架下方依次放置一块底板和一台电子天平，底板和电子天平整体放置于地面上；在离所述供液池一定距离远处架设一个圆盘形燃烧池，其底部圆心也开孔并焊接一段第二导管，并通过一条燃料连通管连接到所述稳液池的第一导管上；

所述供液池和燃烧池的正下方分别安装供液池支架和燃烧池支架，所述供液池支架和燃烧池支架上分别有4个高度可调的支脚；

所述燃烧池的上缘高于比所述稳液池上缘；在所述供液池和所述燃烧池之间靠近供液池的一方安装一块隔风板；在所述燃烧池的正上方安装一个由若干热电偶组成的热电偶测温阵列，并正对所述燃料池架设一台高清摄像机，用于对燃料燃烧时的火焰形态进行拍摄，在所述燃烧池的边缘内侧安装一个电火花点火器，在注入燃料后用于对燃料进行点火，在所述燃烧池周围根据需要架设若干平行风风机，根据风机数量、风力和角度大小等参数的调整，可用于营造所需的预定风场。

2.根据权利要求1所述的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，其特征在于：所述平行风风机包括一个平行风风机箱体，该箱体的出风口由纵横交叉的出风口整流板排布组成；

所述箱体的内部还安装有一个可控变频风机，所述风机箱体的高度和倾角通过两侧的高度与角度调节旋钮配合两个风机支架进行自由调节和固定。

3.根据权利要求2所述的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，其特征在于：所述风机支架竖直焊接在风机底座上，所述平行风风机的出口送风的速度大小通过调节所述可控变频风机功率，并用一个风速仪来进行标定。

4.根据权利要求1所述的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，其特征在于：所述供液池在注入燃料后，其液位高度需要没过所述液泵进液管的管口。

5.根据权利要求1所述的一种消除风力干扰的风场环境池火燃烧速率测试装置，其特征在于：所述支脚插有一根支架伸缩杆，并通过各自的紧固螺栓进行高度调节、水平调节和锁固。