CN110455980A - 一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，涉及火灾科学与建筑安全技术领域，主要包括木材试样、夹具底板和顶板、夹具伸缩架、辐射板、辐射板伸缩架、灰烬滴落槽、电子天平、热电偶及高清摄像机等；所述木材试样及辐射板的角度、高度均可以自由灵活调节，通过所述辐射板可营造出外界复杂辐射热流环境，从而研究不同空间构型条件下各种材质及形状的木材试样在顺流或逆流火蔓延过程中的受热、燃烧、残余物状态等的质量变化、物理图像及特征温度场推演规律，该装置可用于深入探究外界辐照环境和空间构型共同作用下的木材火灾蔓延过程，同时也可望为建筑用木质材料的耐火、燃烧性能测试及分类标准的建立提供测试手段。

Description

一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置

技术领域

本发明涉及火灾科学与建筑安全技术领域，特别是涉及一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置。

背景技术

我国范围内存在有大量的木质结构建筑，其中不少是历史建筑、甚至古建筑。但由于木材自身的可燃或易燃性，一旦不慎发生火灾，将极有可能引起重大的人身及财产损失。事实上从世界范围来看，与木质建筑构件相关的重特大火灾持续不断，如2014年我国云南地区发生的香格里拉古城大火、2018年于巴西发生的巴西国家博物馆大火、2019年于法国发生的巴黎圣母院大火等，均与木质建筑构件的起火和燃烧相关。考虑到这类事件中涉及的政治文化影响，其火灾隐患应当引起广泛关注和及时防范。而有关木材火灾燃烧的测试装置，此前的学者已有一定研究，例如纪杰等人在2010年《工程热物理学报》第2期351-354页“不同宽度和角度下木材表面火蔓延特性的实验研究”一文中提到一种装置，用于研究不同倾角条件下的小尺寸木板火蔓延，但该装置存在一定的局限性：首先木板的固定部件过小，为防止木材重力力矩过大，在木材的中部需要额外加装托架以维持木板的空间位置，这在一定程度上会影响火蔓延过程；其次没有考虑燃烧时灰烬掉落的影响；第三，也没有考虑环境辐射等其它因素的作用。因此现有的测试装置或方法已经限制了木质材料相关火灾动力学规律的研究，需要探索更加有效的相关装置，本项发明正是基于上述背景而提出的。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种可用于研究复杂辐照环境下木材在各种空间倾斜构型下火灾蔓延过程及相关特性的测试装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，包括加热机构、点火机构、辐射机构、支撑机构、计量机构和视频拍摄机构；所述支撑机构设置于所述计量机构上，所述支撑机构用于夹持木材并调整木材的角度，所述点火机构用于点燃所述木材，所述加热机构设置于所述木材与所述辐射机构之间，所述视频拍摄机构用于拍摄所述木材燃烧过程。

可选的，所述点火机构包括电热丝引燃器，所述电热丝引燃器包括电热丝。

可选的，所述加热机构包括多个并列设置的热电偶。

可选的，所述辐射机构包括辐射支架、辐射板和和第一定位销；所述辐射支架为高度可调的支架，所述辐射支架的中上部设置有多组第一限位孔，每组所述第一限位孔包括多个沿圆环排列的第一限位孔，每组所述第一限位孔的中部设置有第一中心孔，所述辐射板两侧分别设置有一第一转轴，所述第一转轴一侧设置有一所述第一定位孔，所述第一转轴插入所述第一中心孔内，所述第一定位销贯穿一个所述第一限位孔后插入所述第一定位孔。

可选的，所述支撑机构包括支撑支架、夹具和第二定位销；所述支撑支架为高度可调的支架，所述支撑支架的中上部设置有多组第二限位孔，每组所述第二限位孔包括多个沿圆环排列的第二限位孔，每组所述第二限位孔的中部设置有第二中心孔，所述支撑板两侧分别设置有一第二转轴，所述第二转轴一侧设置有一所述第二定位孔，所述第二转轴插入所述第二中心孔内，所述第二定位销贯穿一个所述第二限位孔后插入所述第二定位孔；所述夹具用于夹持所述木材。

可选的，所述夹具包括夹具底板和夹具顶板，所述夹具底板和所述夹具顶板上对应的设置有多个螺纹孔或通孔，所述木材放置于所述夹具顶板与所述夹具底板之间，通过向所述螺纹孔或通孔中拧入螺钉或螺栓将所述木材固定于夹具顶板与所述夹具底板之间，所述第二转轴和所述第二定位孔均设置于所述夹具底板的两侧。

可选的，所述支撑机构还包括平台，所述平台位于所述支撑机构的下部。

可选的，所述平台上放置有灰烬滴落槽。

可选的，所述计量机构包括电子天平。

可选的，所述视频拍摄机构包括摄像机。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)木材试样处于悬空状态，而非置于某些衬底材料或框架之上，能够合理的反应复杂木建筑中的各种构件，如木门、木墙面、木梁等的火灾燃烧过程。

(2)辐射板可以单独使用，作为单一方向的辐射源；也可以多块联用，例如使用两块所述辐射板从所述木材试样的上、下两个方向同时辐照，形式灵活，可模拟出复杂的火场辐照环境。

(3)灰烬滴落槽可以保证木材试样在燃烧中产生的残余物质滴落质量一同被电子天平记录，一方面防止了电子天平的质量记录发生数据误差(因为一旦残余物落出所述平台范围，掉至地上，实际上是无法判断出该质量是燃烧消耗的还是掉落引起的)，另一方面有助于对燃烧效率及燃烧完成度等参量作进一步分析研究。

(4)该装置可同时实现木材试样及外界辐射角度的自由设置，从而研究不同空间构型和辐照条件下的木材火蔓延、燃烧残余物质、燃烧温度场等特性变化。

(5)该测试装置可用于各种辐照环境、木材种类及形状下的火蔓延特性研究，并为未来此类测试标准的建立提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置的结构示意图。

附图标记说明：100、木材试样；101、夹具底板；102、夹具顶板；103、紧固螺栓；104、第二转轴；105、第二定位孔；106、第二限位孔；107、第二定位销；108、夹具伸缩架；109、夹具伸缩架限位孔；110、夹具底座；111、夹具底座限位孔；112、夹具伸缩架插销；113、平台；114、电子天平；115、灰烬滴落槽；116、辐射板；117、电热管；118、第一转轴；119、第一定位孔；120、第一限位孔；121、第一定位插销；122、辐射板伸缩架；123、辐射板伸缩架限位孔；124、辐射板底座；125、辐射板底座限位孔；126、辐射板伸缩架插销；127、电热丝引燃器；128、热电偶；129、辐射热流计；130、高清摄像机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，包括加热机构、点火机构、辐射机构、支撑机构、计量机构和视频拍摄机构；所述支撑机构设置于所述计量机构上，所述支撑机构用于夹持木材并调整木材的角度，所述点火机构用于点燃所述木材，所述加热机构设置于所述木材与所述辐射机构之间，所述视频拍摄机构用于拍摄所述木材燃烧过程。

于本具体实施例中，如图1所示，点火机构采用电热丝引燃器127，具体为，采用一支架夹持一电热丝，通过移动支架使电热丝接触木材底部，利用电热丝的热量对木材进行线性引燃，待出现明火后开启辐射机构和加热机构。

辐射机构包括辐射支架、辐射板116和和第一定位销；所述辐射支架为高度可调的支架，具体的，辐射支架包括辐射板底座124和辐射板伸缩架122，辐射板底座124包括一中空的第一竖管，所述辐射板伸缩架122包括一第二竖管，第一竖管和第二竖管上设置有多个辐射板伸缩架限位孔123，通过将第二竖管插入第一竖管中，再将插销插入第一竖管和第二竖管上相对应的辐射板伸缩架限位孔123中使第二竖管与第一竖管的高度保持稳定，通过改变插销插入的辐射板伸缩架限位孔123以改变第一竖管的高度。

第一竖管的中上部设置有多组第一限位孔120，每组所述第一限位孔120包括多个沿圆环排列的第一限位孔120，每组所述第一限位孔120的中部设置有第一中心孔，所述辐射板116两侧分别设置有一第一转轴118，所述第一转轴118一侧设置有一所述第一定位孔119，所述第一转轴118插入所述第一中心孔内，所述第一定位销贯穿一个所述第一限位孔120后插入所述第一定位孔119。通过改变第一定位孔119所对应的第一限位孔120以改变辐射板116的角度。

辐射板116底面还设置有电热管117。加热机构包括多个并列设置的热电偶128，多个热电偶128设置于辐射板116与木材之间。辐射板116能够将电热管117和热电偶128的热量辐射到木材表面。

木材与辐射板116之间还设置有一辐射热流计129，以测量木材收到的热辐射。

所述支撑机构包括支撑支架、夹具和第二定位销107；所述支撑支架为高度可调的支架，具体的，支撑支架包括夹具底座110和夹具伸缩架108，夹具底座110包括一中空的第三竖管，所述夹具伸缩架108包括一第四竖管，

第三竖管和第四竖管上设置有多个夹具伸缩架限位孔109，通过将第四竖管插入第三竖管中，再将夹具伸缩架插销112插入第三竖管和第四竖管上相对应的夹具伸缩架限位孔109中使第四竖管与第三竖管的高度保持稳定，通过改变夹具伸缩架插销112插入的夹具伸缩架限位孔109以改变第三竖管的高度。

第四竖管的中上部设置有多组第二限位孔106，每组所述第二限位孔106包括多个沿圆环排列的第二限位孔106，每组所述第二限位孔106的中部设置有第二中心孔，所述支撑板两侧分别设置有一第二转轴104，所述第二转轴104一侧设置有一所述第二定位孔105，所述第二转轴104插入所述第二中心孔内，所述第二定位销107贯穿一个所述第二限位孔106后插入所述第二定位孔105；所述夹具用于夹持所述木材。

所述夹具包括平台113、夹具底板101和夹具顶板102，平台113设置于夹具底板101底部；所述夹具底板101和所述夹具顶板102上对应的设置有四个螺纹孔，所述木材放置于所述夹具顶板102与所述夹具底板101之间，通过向所述螺纹孔或通孔中拧入螺钉将所述木材固定于夹具顶板102与所述夹具底板101之间，所述第二转轴104和所述第二定位孔105均设置于所述夹具底板101的两侧。所述平台113上放置有灰烬滴落槽115。

电子天平114设置于平台113下。

在测试过程中，第一步，先利用第二限位孔106设置所述木材试样100的空间夹角，例如使其在空间上与竖直方向的夹角为50度，并利用夹具伸缩架108合理设置好高度；第二步，类似的设置好所述辐射板116的角度，由于需要辐射板116与所述木材试样100平行，此例中同样采用50度夹角；第三步，在距离辐射板116前方50cm处，利用所述辐射热流计129，通过调节该辐射板116的功率，使其刚好达到预设的辐射强度值，例如，本例中，预设对所述木材试样100表面的辐射强度为200W/m²，调节完成后关闭辐射板116，并调节其高度和位置，使其处于所述木材试样100的平行正前方，距离为50cm，并将所述辐射热流计129置于所述木材试样100的中部侧面、距离30cm处；第四步，开启所述电子天平1144、热电偶128、辐射热流计129、高清摄像机130，并利用所述电热丝引燃器127从所述木材试样100下方短边进行线性引燃，待出现明火后开启所述辐射板116；第五步，待火蔓延过程结束后，关闭所有仪器，利用记录下的质量、温度、辐射强度、火焰图像等数据，研究外界辐照环境和空间构型共同作用下的木材火灾蔓延过程。

以上仅为本发明的一种典型实施例，凡利用本发明申请内容所作出的等效变化均应划入本发明专利的权利要求保护范围。例如所述木材试样100还可以是棒状、矩形板等；火蔓延方向通过调节所述夹具底板101可以是倾斜的火蔓延、竖直向下火蔓延、或者竖直向上火蔓延等；所述辐射板116也不仅仅限于对所述木材试样100单一表面的辐照，如可利用两块所述辐射板116，对所述试样的上、下表面同时进行辐照等。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，包括加热机构、点火机构、辐射机构、支撑机构、计量机构和视频拍摄机构；所述支撑机构设置于所述计量机构上，所述支撑机构用于夹持木材并调整木材的角度，所述点火机构用于点燃所述木材，所述加热机构设置于所述木材与所述辐射机构之间，所述视频拍摄机构用于拍摄所述木材燃烧过程。

2.根据权利要求1所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述点火机构包括电热丝引燃器，所述电热丝引燃器包括电热丝。

3.根据权利要求1所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述加热机构包括多个并列设置的热电偶。

4.根据权利要求1所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述辐射机构包括辐射支架、辐射板和和第一定位销；所述辐射支架为高度可调的支架，所述辐射支架的中上部设置有多组第一限位孔，每组所述第一限位孔包括多个沿圆环排列的第一限位孔，每组所述第一限位孔的中部设置有第一中心孔，所述辐射板两侧分别设置有一第一转轴，所述第一转轴一侧设置有一所述第一定位孔，所述第一转轴插入所述第一中心孔内，所述第一定位销贯穿一个所述第一限位孔后插入所述第一定位孔。

5.根据权利要求1所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述支撑机构包括支撑支架、夹具和第二定位销；所述支撑支架为高度可调的支架，所述支撑支架的中上部设置有多组第二限位孔，每组所述第二限位孔包括多个沿圆环排列的第二限位孔，每组所述第二限位孔的中部设置有第二中心孔，所述支撑板两侧分别设置有一第二转轴，所述第二转轴一侧设置有一所述第二定位孔，所述第二转轴插入所述第二中心孔内，所述第二定位销贯穿一个所述第二限位孔后插入所述第二定位孔；所述夹具用于夹持所述木材。

6.根据权利要求5所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述夹具包括夹具底板和夹具顶板，所述夹具底板和所述夹具顶板上对应的设置有多个螺纹孔或通孔，所述木材放置于所述夹具顶板与所述夹具底板之间，通过向所述螺纹孔或通孔中拧入螺钉或螺栓将所述木材固定于夹具顶板与所述夹具底板之间，所述第二转轴和所述第二定位孔均设置于所述夹具底板的两侧。

7.根据权利要求5所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述支撑机构还包括平台，所述平台位于所述支撑机构的下部。

8.根据权利要求7所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述平台上放置有灰烬滴落槽。

9.根据权利要求1所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述计量机构包括电子天平。

10.根据权利要求1所述的辐照环境下的木材火灾蔓延过程测试装置，其特征在于，所述视频拍摄机构包括摄像机。