CN114280215A - 可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，包括：风场模拟系统、地形模拟系统和数据采集系统；风场模拟系统包括轴流风机和整流装置，以通过轴流风机生成环境风，并通过整流装置进行整流，以得到流速均匀的风场环境；地形模拟系统包括燃烧床和坡度调节装置，坡度调节装置包括电动葫芦、中轴和支撑底座，中轴分别与电动葫芦、支撑底座和燃烧床连接，以通过中轴与电动葫芦之间的配合对燃烧床的坡度进行调节，支撑底座用以对中轴进行支撑；数据采集系统对应燃烧床设置，数据采集系统用以对数据进行采集；能够对森林火灾实验过程中环境风与地形耦合情况进行有效模拟，进而得到极端火行为的数据，为森林火灾研究提供数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及森林火灾模拟研究技术领域，特别涉及一种可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台。
背景技术
森林火灾是一种极具危险性的火灾，有着易蔓延、难控制、难扑救的火灾特点，威胁着人们的生命和财产安全。
相关技术中，在进行森林火灾的相关实验时，多只是在多次实验的过程中改变实验环境或实验地形；以研究地形对于火灾的影响。然而，这种研究所考虑的因素过于单一；导致得到的最终数据缺乏参考性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，能够对森林火灾实验过程中环境风与地形耦合情况进行有效模拟，进而得到耦合情况下的极端火行为的数据，为森林火灾研究提供数据支持。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，包括：风场模拟系统、地形模拟系统和数据采集系统；所述风场模拟系统包括轴流风机和整流装置，以通过所述轴流风机生成风速可控的环境风，并通过所述整流装置对生成的环境风进行整流，以得到流速均匀的风场环境；所述地形模拟系统包括燃烧床和坡度调节装置，所述坡度调节装置包括电动葫芦、中轴和支撑底座，所述中轴分别与所述电动葫芦、所述支撑底座和所述燃烧床连接，以通过所述中轴与所述电动葫芦之间的配合对所述燃烧床的坡度进行调节，所述支撑底座用以对所述中轴进行支撑；所述数据采集系统对应所述燃烧床设置，所述数据采集系统用以对实验过程中所述燃烧床上燃料燃烧所产生的数据进行采集。
根据本发明实施例的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，通过设置风场模拟系统包括轴流风机和整流装置，以通过所述轴流风机生成风速可控的环境风，并通过所述整流装置对生成的环境风进行整流，以得到流速均匀的风场环境；地形模拟系统包括燃烧床和坡度调节装置，所述坡度调节装置包括电动葫芦、中轴和支撑底座，所述中轴分别与所述电动葫芦、所述支撑底座和所述燃烧床连接，以通过所述中轴与所述电动葫芦之间的配合对所述燃烧床的坡度进行调节，所述支撑底座用以对所述中轴进行支撑；数据采集系统对应所述燃烧床设置，所述数据采集系统用以对实验过程中所述燃烧床上燃料燃烧所产生的数据进行采集；从而实现对森林火灾过程中环境风与地形耦合情况进行有效模拟，进而得到耦合情况下的极端火行为的数据，为森林火灾研究提供数据支持。
另外，根据本发明上述实施例提出的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述整流装置包括按序连接的风管、筛网和蜂巢板。
可选地，所述燃烧床包括多个燃烧床板和多个液压单元，相邻两个所述燃烧床板的侧边相铰接，所述液压单元对应所述燃烧床板的底部安装，以通过所述液压单元对所述燃烧床板的形状进行调节，以实现不同结构形式地形。
可选地，所述数据采集系统包括称重装置、摄像仪、皮托管、热电偶和热流计，以通过所述称重装置获取所述燃烧床上燃料的质量变化信息，通过所述摄像仪获取视频数据，通过所述皮托管获取火焰前锋卷吸气流流速变化信息，通过所述热电偶获取温度变化信息和火前锋位置信息，通过所述热流计获取火前锋总热流信息和辐射热流变化信息。
可选地，所述摄像仪包括高清摄像仪、红外热像仪、和PIV系统；所述高清摄像仪用以获取火焰形态信息，所述红外热像仪用以获取燃料温度信息和火线变化信息，所述PIV系统包括激光发射器、PIV摄像仪和彩色数码相机，所述PIV系统用以获取火焰前锋气流流场分布。
可选地，所述称重装置包括称重台和称重传感器，所述称重台用以对燃料进行承载，所述称重传感器连接所述称重台，所述称重传感器用以称取所述称重台和承载于所述称重台上的燃料的质量，以获取所述燃料的质量变化信息。
可选地，还包括：观测玻璃和安装件，所述观测玻璃通过所述安装件可拆卸地安装在所述燃烧床的两侧。
可选地，所述热电偶为多个，多个所述热电偶沿所述环境风的流向均匀分布在所述燃烧床板上。
可选地，所述高清摄像仪、所述红外热像仪和所述激光发射器的拍摄方向平行于所述环境风的流向，所述PIV摄像仪和所述彩色数码相机的拍摄方向垂直于所述环境风的流向。
可选地，所述火焰形态信息包括火焰夹角、火焰倾斜角和火焰前锋。
附图说明
图1为根据本发明实施例的森林火灾实验平台的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的燃烧床结构示意图；
图3为根据本发明实施例的燃烧床变形结构示意图；
图4为根据本发明实施例的数据采集系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
相关技术中，在进行森林火灾的相关实验时，多只是在多次实验的过程中改变实验环境或实验地形；以研究地形对于火灾的影响。然而，这种研究所考虑的因素过于单一；导致得到的最终数据缺乏参考性。根据本发明实施例的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，通过设置风场模拟系统包括轴流风机和整流装置，以通过所述轴流风机生成风速可控的环境风，并通过所述整流装置对生成的环境风进行整流，以得到流速均匀的风场环境；地形模拟系统包括燃烧床和坡度调节装置，所述坡度调节装置包括电动葫芦、中轴和支撑底座，所述中轴分别与所述电动葫芦、所述支撑底座和所述燃烧床连接，以通过所述中轴与所述电动葫芦之间的配合对所述燃烧床的坡度进行调节，所述支撑底座用以对所述中轴进行支撑；数据采集系统对应所述燃烧床设置，所述数据采集系统用以对实验过程中所述燃烧床上燃料燃烧所产生的数据进行采集；从而实现对森林火灾过程中环境风与地形耦合情况进行有效模拟，进而得到耦合情况下的极端火行为的数据，为森林火灾研究提供数据支持。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为根据本发明实施例的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台的结构示意图，如图1所示，该可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台包括：风场模拟系统10、地形模拟系统20和数据采集系统30。
其中，风场模拟系统10包括轴流风机11和整流装置12，以通过轴流风机11生成风速可控的环境风，并通过整流装置12对生成的环境风进行整流，以得到流速均匀的风场环境。
也就是说，在该森林火灾实验平台中，设置有风场模拟系统10，以通过风场模拟系统10为实验过程提供流速均匀的风场环境；该风场模拟系统10包括轴流风机11和整流装置12，从而，可以通过调节轴流风机的频率，以控制轴流风机11出风口处所产生的环境风的风速，以达到风速可调的效果；进一步地，在出风口处设置整流装置12，以对产生的环境风进行整流，以为实验提供流速均匀的风场环境。
其中，整流装置12的设置方式可以有多种。
作为一种示例，如图1所示，整流装置12包括按序连接的风管121、筛网122和蜂巢板123；以通过风管121、筛网122和蜂巢板123的配合对环境风进行整流。
地形模拟系统20包括燃烧床21和坡度调节装置22，坡度调节装置22包括电动葫芦221、中轴222和支撑底座223，中轴222分别与电动葫芦221、支撑底座223和燃烧床21连接，以通过中轴222与电动葫芦221之间的配合对燃烧床21的坡度进行调节，支撑底座223用以对中轴222进行支撑。即言，设置中轴222分别与电动葫芦221、支撑底座223和燃烧床21连接；从而，当电动葫芦221调节自身的绳索长度时，通过与其连接的中轴222，可以调节燃烧床21的坡度；从而，可以将地形坡度与环境风进行耦合，以研究耦合环境下的森林火灾。
在一些实施例中，如图2所示，为了进一步提高实验数据的可参考性，燃烧床21包括多个燃烧床板211和多个液压单元212，相邻两个燃烧床板211的侧边相铰接，液压单元212对应燃烧床板211的底部安装，以通过液压单元212对燃烧床板211的形状进行调节。
作为一种示例，如图2所示，燃烧床21由四块燃烧床板211组成，相邻两块燃烧床板211的侧边相铰接；从而，相邻两块燃烧床板211之间可以相互转动；然后，在每块燃烧床板211的底部设置相应的液压单元212；进而，当不同液压单元212对对应的燃烧床板211进行不同程度的推进时；燃烧床21将呈现出不同的形态；例如，如图2所示的V型峡谷结构形态和如图3所示的U型峡谷结构形态。从而，能够在实验过程中更有深度地将环境风与地形耦合，提高最终得到的实验数据的可参考性。
数据采集系统30对应燃烧床21设置，数据采集系统30用以对实验过程中燃烧床21上燃料燃烧所产生的数据进行采集。
也就是说，对应燃烧床21设置数据采集系统30；以在进行火灾实验的过程中进行有效的数据采集。
在一些实施例中，如图4所示，数据采集系统30包括称重装置31、摄像仪32、皮托管33、热电偶34和热流计35，以通过称重装置31获取燃烧床上燃料的质量变化信息，通过摄像仪32获取视频数据，通过皮托管33获取火焰前锋卷吸气流流速变化信息，通过热电偶34获取温度变化信息和火前锋位置信息，通过热流计35获取火前锋总热流信息和辐射热流变化信息。
在一些实施例中，摄像仪32包括高清摄像仪321、红外热像仪322、和PIV系统；高清摄像仪321用以获取火焰形态信息，红外热像仪322用以获取燃料温度信息和火线变化信息，PIV系统包括激光发射器323、PIV摄像仪324和彩色数码相机325，PIV系统用以获取火焰前锋气流流场分布。
作为一种示例，火焰形态信息包括火焰夹角、火焰倾斜角和火焰前锋。
在一些实施例中，为了保证摄像仪32对于燃烧数据的有效获取，高清摄像仪321、红外热像仪322和激光发射器323的拍摄方向平行于环境风的流向，PIV摄像仪324和彩色数码相机325的拍摄方向垂直于环境风的流向。
在一些实施例中，称重装置31包括称重台311和称重传感器312，称重台311用以对燃料进行承载，称重传感器312连接称重台311，称重传感器312用以称取称重台311和承载于称重台311上的燃料的质量，以获取燃料的质量变化信息。
在一些实施例中，为了保证获取到的温度变化信息的准确性，热电偶34为多个，多个热电偶34沿环境风的流向均匀分布在燃烧床板211上。
在一些实施例中，本发明实施例提供的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台还包括观测玻璃40和安装件41，观测玻璃40通过安装件41可拆卸地安装在燃烧床211的两侧；即言，观测玻璃40可以是一块或者多块，其通过安装件41安装于燃烧床211的两侧；在进行燃烧实验之前，将观测玻璃40安装于指定工位，可以防止在燃烧实验的进行过程中燃料喷溅；保障人员和财产的安全。
综上所述，根据本发明实施例的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，通过设置风场模拟系统包括轴流风机和整流装置，以通过所述轴流风机生成风速可控的环境风，并通过所述整流装置对生成的环境风进行整流，以得到流速均匀的风场环境；地形模拟系统包括燃烧床和坡度调节装置，所述坡度调节装置包括电动葫芦、中轴和支撑底座，所述中轴分别与所述电动葫芦、所述支撑底座和所述燃烧床连接，以通过所述中轴与所述电动葫芦之间的配合对所述燃烧床的坡度进行调节，所述支撑底座用以对所述中轴进行支撑；数据采集系统对应所述燃烧床设置，所述数据采集系统用以对实验过程中所述燃烧床上燃料燃烧所产生的数据进行采集；从而实现对森林火灾过程中环境风与地形耦合情况进行有效模拟，进而得到耦合情况下的极端火行为的数据，为森林火灾研究提供数据支持。
本领域内的技术人员应明白，应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，包括：风场模拟系统、地形模拟系统和数据采集系统；
所述风场模拟系统包括轴流风机和整流装置，以通过所述轴流风机生成风速可控的环境风，并通过所述整流装置对生成的环境风进行整流，以得到流速均匀的风场环境；
所述地形模拟系统包括燃烧床和坡度调节装置，所述坡度调节装置包括电动葫芦、中轴和支撑底座，所述中轴分别与所述电动葫芦、所述支撑底座和所述燃烧床连接，以通过所述中轴与所述电动葫芦之间的配合对所述燃烧床的坡度进行调节，所述支撑底座用以对所述中轴进行支撑；
所述数据采集系统对应所述燃烧床设置，所述数据采集系统用以对实验过程中所述燃烧床上燃料燃烧所产生的数据进行采集。
2.如权利要求1所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述整流装置包括按序连接的风管、筛网和蜂巢板。
3.如权利要求1所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述燃烧床包括多个燃烧床板和多个液压单元，相邻两个所述燃烧床板的侧边相铰接，所述液压单元对应所述燃烧床板的底部安装，以通过所述液压单元对所述燃烧床板的形状进行调节，以实现不同地形结构形式。
4.如权利要求1所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述数据采集系统包括称重装置、摄像仪、皮托管、热电偶和热流计，以通过所述称重装置获取所述燃烧床上燃料的质量变化信息，通过所述摄像仪获取视频数据，通过所述皮托管获取火焰前锋卷吸气流流速变化信息，通过所述热电偶获取温度变化信息和火前锋位置信息，通过所述热流计获取火前锋总热流信息和辐射热流变化信息。
5.如权利要求4所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述摄像仪包括高清摄像仪、红外热像仪、和PIV系统；
所述高清摄像仪用以获取火焰形态信息，所述红外热像仪用以获取燃料温度信息和火线变化信息，所述PIV系统包括激光发射器、PIV摄像仪和彩色数码相机，所述PIV系统用以获取火焰前锋气流流场分布。
6.如权利要求4所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述称重装置包括称重台和称重传感器，所述称重台用以对燃料进行承载，所述称重传感器连接所述称重台，所述称重传感器用以称取所述称重台和承载于所述称重台上的燃料的质量，以获取所述燃料的质量变化信息。
7.如权利要求1所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，还包括：观测玻璃和安装件，所述观测玻璃通过所述安装件可拆卸地安装在所述燃烧床的两侧。
8.如权利要求4所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述热电偶为多个，多个所述热电偶沿所述环境风的流向均匀分布在所述燃烧床板上。
9.如权利要求5所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述高清摄像仪、所述红外热像仪和所述激光发射器的拍摄方向平行于所述环境风的流向，所述PIV摄像仪和所述彩色数码相机的拍摄方向垂直于所述环境风的流向。
10.如权利要求5所述的可模拟环境风和地形耦合的森林火灾实验平台，其特征在于，所述火焰形态信息包括火焰夹角、火焰倾斜角和火焰前锋。
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