CN114822206B - 可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台及方法，该实验平台包括燃油泄漏模型、燃油燃烧系统以及数据采集系统；燃油泄漏模型包括油箱，油箱的顶部设有注油口及配套的注油口螺栓，油箱的底部设有至少一个漏油机构；燃油燃烧系统包括油盘和点火器，当燃油泄漏至油盘后，采用点火器将燃油点燃；数据采集系统包括称重装置、摄像仪、热电偶、压力传感器和辐射热流计，摄像仪用于获取油箱火灾图像信息，热电偶用于获取油箱火灾温度变化信息，压力传感器用于获取油箱内部压力，辐射热流计用于获取泄漏燃油形成的火焰对外辐射热流变化信息。本发明能够有效模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾情况，进而得到有效实验数据。

Description

可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台及方法

技术领域

本发明属于工业火灾模拟研究技术领域，具体涉及一种可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台及方法。

背景技术

在交通事故中，客运卡车或槽罐车由于碰撞、侧翻、摩擦等原因可能会导致油箱破裂，油箱破裂会泄漏内部燃油并燃烧，导致油箱一边泄漏一边燃烧，从而造成油箱爆炸，油箱的爆炸会造成次生灾害，严重威胁人员的生命和财产安全。

相关技术中，在进行油箱火灾相关实验时，只是采用外部火源加热初始状态完好无损的油箱，并没有考虑到油箱泄漏燃油形成火源自加热的情况，导致实验获取的数据不完善，不能为油箱火灾的灭火救援提供有效的技术支持。在实际交通事故中，油箱很可能一边泄漏燃油一边燃烧，随着火灾的持续，油箱内部压力也会增加，进而导致泄漏速率增加，泄漏速率的增加又会扩大外部火源强度，火源强度的扩大又会促进油箱内部压力的增加，从而在外部火源强度和油箱内部压力之间形成一个正反馈，最终油箱内部压力超出油箱承受极限，导致油箱爆炸。然而，外部火源强度和油箱内部压力之间存在什么样的定量关系？油箱内部压力何时会突变？火灾何时进入危险阶段？这些问题仍然需要实验研究。因此，亟需建立燃油泄漏燃烧耦合的油箱火灾实验平台，专门用以研究此类火灾过程中的油箱失效模式和火焰对外辐射特性，为此类火灾的消防灭火提供技术指导。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台及方法，使用该实验平台能够为研究油箱泄漏燃烧耦合火灾提供数据支持，从而为实际消防灭火救援提供技术指导。

本发明的技术方案为：

一种可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，包括燃油泄漏模型、燃油燃烧系统以及数据采集系统；

所述燃油泄漏模型包括油箱，所述油箱的顶部设有注油口，注油口处设有配套的注油口螺栓，注油口螺栓用于封堵注油口，所述油箱的底部设有至少一个漏油机构；

所述燃油燃烧系统包括油盘和点火器，所述油盘位于所述漏油机构的下方，当燃油泄漏至所述油盘后，采用所述点火器将燃油点燃；

所述数据采集系统包括称重装置、摄像仪、热电偶、压力传感器和辐射热流计，所述称重装置用于获取油箱火灾实验平台所含有燃油总质量变化信息，所述摄像仪用于获取油箱火灾图像信息，所述热电偶用于获取油箱火灾温度变化信息，所述压力传感器用于获取油箱内部压力，所述辐射热流计用于获取泄漏燃油形成的火焰对外辐射热流变化信息。

优选地，所述漏油机构包括漏油螺栓和封堵螺钉，所述漏油螺栓中心打孔形成漏油孔，与所述漏油螺栓配套的所述封堵螺钉螺纹安装在所述漏油孔处。

优选地，所述油箱的顶部安装有泄压阀，当所述油箱内部压力超过1MPa时，所述泄压阀自启动，所述泄压阀外侧缠绕有保温棉，以防泄压阀被火焰烧坏。

优选地，所述油箱的设计压力不低于3MPa。

优选地，所述摄像仪包括高清摄像仪和红外热像仪，所述高清摄像仪包括第一高清摄像仪和第二高清摄像仪，所述第一高清摄像仪靠近油箱，所述第一高清摄像仪用于拍摄记录燃油泄漏过程，所述第二高清摄像仪远离所述油箱，所述第二高清摄像仪用于拍摄记录油盘内的燃油燃烧形成的火焰图像；所述红外热像仪用于获取泄漏燃油和火焰的温度变化信息。

优选地，所述热电偶包括多个箱内热电偶和多个箱外热电偶，所述箱内热电偶用于获取油箱内部温度变化信息，所述箱外热电偶用于获取油箱外壁面温度变化信息，至少一个所述箱内热电偶靠近所述漏油机构，便于测量泄漏燃油的温度，所选择的热电偶的直径不得大于1mm。

优选地，所述压力传感器位于所述油箱顶部中心位置，能够保证测得压力为油箱内部平均压力，所述压力传感器外侧缠绕有保温棉，以防压力传感器被火焰烧坏。

优选地，所述辐射热流计的数量为多个，多个所述辐射热流计按照由低到高、由近到远的顺序依次布置在地面上。

优选地，所述油箱底部设有支撑支架，所述油箱通过所述支撑支架放置在所述称重装置上，所述油盘也放置在所述称重装置上。

一种基于上述可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台的实验方法，包括如下步骤：

S1、组建燃油泄漏模型；

S2、经注油口向燃油泄漏模型的油箱内注入燃油，注油完成后，封堵注油口；

S3、开启数据采集系统，包括称重装置、摄像仪、热电偶、压力传感器和辐射热流计；

S4、打开相应的漏油机构，燃油从油箱底部泄漏而出，采用点火器点燃泄漏燃油，随后将点火器移走并远离火源；

S5、实验人员远离油箱火灾实验平台，保持大于等于10m的距离，火焰消失且油箱内相对压力为0后，即箱内的压力与大气压一致，关闭数据采集系统，获取测量数据。

本发明的有益效果是：

本发明油箱火灾实验平台构造简单、容易操作、设计合理，能够有效模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾情况，进而得到有效实验数据；本发明采集的数据种类充足，包括图像、温度、压力和辐射热流，能够为研究燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾提供充足的数据支持，从而为实际消防灭火救援提供技术指导；本发明所使用油箱的设计压力为3MPa，且顶部安装泄压阀，油箱不会发生破裂或爆炸，有助于确保实验人员安全。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明油箱火灾实验平台的主视结构示意图；

图2是本发明油箱火灾实验平台的左视结构示意图；

图3是本发明的油箱及配套零件的结构示意图。

图中标记为：1、油箱；2、注油口；3、油盘；4、点火器；5、称重装置；6、压力传感器；7、辐射热流计；8、漏油螺栓；9、封堵螺钉；10、泄压阀；11、第一高清摄像仪；12、第二高清摄像仪；13、红外热像仪；14、箱内热电偶；15、箱外热电偶；16、支撑支架；17、地面；18、注油口螺栓；19、热电偶螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1至图3所示，一种可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，包括燃油泄漏模型、燃油燃烧系统以及数据采集系统。

燃油泄漏模型包括油箱1，油箱1长宽高与实际油箱长宽高一致，材质也与实际油箱一致，油箱1的设计压力不低于3MPa。油箱1的顶部设有注油口2，注油口2处设有配套的注油口螺栓18，注油口螺栓18用于封堵注油口2，油箱1的顶部还安装有泄压阀10，当油箱1内部压力超过1MPa时，泄压阀10自启动，泄压阀10外侧缠绕有保温棉，以防泄压阀10被火焰烧坏。在本实施例中，如图1和图3所示，油箱1的底部仅设有一个漏油机构，该漏油机构包括漏油螺栓8和封堵螺钉9，漏油螺栓8中心打孔形成漏油孔，与漏油螺栓8配套的封堵螺钉9螺纹安装在漏油孔处，每次实验时，更换具有不同漏油孔径的漏油螺栓8，以实现不同漏油量的实验条件，该漏油螺栓8的漏油孔的位置在油箱底部中心位置，这样可以确保每次实验的漏油位置是一致的。此外，在实际过程中，根据需要，油箱1的底部还可以设有多个漏油机构，每个漏油机构包括漏油螺栓8和与之配套的封堵螺钉9，漏油螺栓8中心打孔形成漏油孔，与漏油螺栓8配套的封堵螺钉9螺纹安装在漏油孔处，当需要多个漏油机构同时工作时，可以打开相应的漏油机构。

燃油燃烧系统包括油盘3和点火器4，油盘3为方形，油盘3位于漏油机构的下方，当燃油泄漏至油盘3后，采用点火器4将燃油点燃，引燃泄漏液体后，点火器4要立即移走。

数据采集系统包括称重装置5、摄像仪、热电偶、压力传感器6和辐射热流计7。

称重装置5用于获取油箱1火灾实验平台所含有燃油总质量变化信息，称重装置5的量程为0-50kg，油箱1底部设有支撑支架16，油箱1通过支撑支架16放置在称重装置5上，油盘3也放置在称重装置5上。

摄像仪用于获取油箱1火灾图像信息，摄像仪包括高清摄像仪和红外热像仪13，高清摄像仪包括第一高清摄像仪11和第二高清摄像仪12，第一高清摄像仪11靠近油箱1，并聚焦油箱1底部泄漏孔，并自动曝光，用于拍摄记录燃油泄漏过程，第二高清摄像仪12远离油箱1，手动曝光，光线调暗，用于拍摄记录油盘3内的燃油燃烧形成的火焰图像；红外热像仪13用于获取泄漏燃油和火焰的温度变化信息。

热电偶用于获取油箱1火灾温度变化信息，热电偶包括6个箱内热电偶14和12个箱外热电偶15，油箱1外壁面贴壁放置箱外热电偶15，油箱1内部放置箱内热电偶14，相应地，油箱1顶部安装有便于安装箱内热电偶14的热电偶螺栓19，保证6根箱内热电偶14穿过热电偶螺栓19上面的孔而进入油箱1内部，箱内热电偶14用于获取油箱1内部温度变化信息，箱外热电偶15用于获取油箱1外壁面温度变化信息，其中一个箱内热电偶14靠近漏油机构，便于测量泄漏燃油的温度，所选择的热电偶的直径不得大于1mm。

压力传感器6用于获取油箱1内部压力，量程为0-1MPa，压力传感器6位于油箱1顶部中心位置，能够保证测得压力为油箱1内部平均压力，压力传感器6外侧缠绕有保温棉，以防压力传感器6被火焰烧坏。

辐射热流计7用于获取泄漏燃油形成的火焰对外辐射热流变化信息，辐射热流计7的数量为多个，多个辐射热流计7按照由低到高、由近到远的顺序依次布置在地面17上。

基于上述可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台的实验方法，包括如下步骤：

S1、组建燃油泄漏模型；

当进行柴油油箱泄漏燃烧实验时，选用某型号车辆的柴油油箱，确定该柴油油箱的尺寸、材质和距地高度，然后据此去加工油箱1，但是油箱1的壁厚要远大于实际油箱壁厚，确保设计压力不低于3MPa；

当进行汽油油箱泄漏燃烧实验时，选用某型号车辆的汽油油箱，确定该汽油油箱的尺寸、材质和距地高度，然后据此去加工油箱1，但是油箱1的壁厚要远大于实际油箱的壁厚，确保设计压力不低于3MPa；

S2、经注油口2向燃油泄漏模型的油箱1内注入燃油，注油完成后，利用注油口螺栓18封堵注油口2；

可以利用漏斗进行注油，对油箱1注油前，在油箱1底部安装漏油机构的过程中，先安装漏油螺栓8，然后将对应孔径尺寸的封堵螺钉9外部缠绕一圈水丝带并插入漏油螺栓8上的漏油孔中，使得油箱1不会漏油；

S3、开启数据采集系统，包括称重装置5、摄像仪(11、12、13)、热电偶(14、15)、压力传感器6和辐射热流计7；

S4、打开相应的漏油机构，即取下相应的封堵螺钉9，燃油从油箱1底部泄漏而出，采用点火器4点燃泄漏燃油，随后将点火器4移走并远离火源；

S5、实验人员远离油箱1火灾实验平台，保持大于等于10m的距离，火焰消失且油箱1内相对压力为0后，即箱内的压力与大气压一致，关闭数据采集系统，获取测量数据。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，包括燃油泄漏模型、燃油燃烧系统以及数据采集系统；

所述燃油泄漏模型包括油箱，油箱用于模拟车辆的柴油油箱或车辆的汽油油箱，所述油箱的顶部设有注油口，注油口处设有配套的注油口螺栓，注油口螺栓用于封堵注油口，所述油箱的底部设有至少一个漏油机构，所述漏油机构包括漏油螺栓和封堵螺钉，所述漏油螺栓中心打孔形成漏油孔，与所述漏油螺栓配套的所述封堵螺钉螺纹安装在所述漏油孔处；

所述燃油燃烧系统包括油盘和点火器，所述油盘位于所述漏油机构的下方，当燃油泄漏至所述油盘后，采用所述点火器将燃油点燃；

所述数据采集系统包括称重装置、摄像仪、热电偶、压力传感器和辐射热流计，所述称重装置用于获取油箱火灾实验平台所含有燃油总质量变化信息，所述摄像仪用于获取油箱火灾图像信息，所述热电偶用于获取油箱火灾温度变化信息，所述压力传感器用于获取油箱内部压力，所述辐射热流计用于获取泄漏燃油形成的火焰对外辐射热流变化信息。

2.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述油箱的顶部安装有泄压阀，当所述油箱内部压力超过1MPa时，所述泄压阀自启动。

3.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述油箱的设计压力不低于3MPa。

4.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述摄像仪包括高清摄像仪和红外热像仪，所述高清摄像仪包括第一高清摄像仪和第二高清摄像仪，所述第一高清摄像仪靠近油箱，所述第一高清摄像仪用于拍摄记录燃油泄漏过程，所述第二高清摄像仪远离所述油箱，所述第二高清摄像仪用于拍摄记录油盘内的燃油燃烧形成的火焰图像；所述红外热像仪用于获取泄漏燃油和火焰的温度变化信息。

5.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述热电偶包括多个箱内热电偶和多个箱外热电偶，所述箱内热电偶用于获取油箱内部温度变化信息，所述箱外热电偶用于获取油箱外壁面温度变化信息，至少一个所述箱内热电偶靠近所述漏油机构。

6.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述压力传感器位于所述油箱顶部中心位置，所述压力传感器外侧缠绕有保温棉。

7.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述辐射热流计的数量为多个，多个所述辐射热流计按照由低到高、由近到远的顺序依次布置在地面上。

8.根据权利要求1所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台，其特征在于，所述油箱底部设有支撑支架，所述油箱通过所述支撑支架放置在所述称重装置上，所述油盘也放置在所述称重装置上。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的可模拟燃油泄漏和燃烧耦合的油箱火灾实验平台的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、组建燃油泄漏模型；

S2、经注油口向燃油泄漏模型的油箱内注入燃油，注油完成后，封堵注油口；

S3、开启数据采集系统，包括称重装置、摄像仪、热电偶、压力传感器和辐射热流计；

S4、打开相应的漏油机构，燃油从油箱底部泄漏而出，采用点火器点燃泄漏燃油，随后将点火器移走并远离火源；

S5、实验人员远离油箱火灾实验平台，保持大于等于10m的距离，火焰消失且油箱内相对压力为0后，即箱内的压力与大气压一致，关闭数据采集系统，获取测量数据。

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