CN115112343B - 应用于风洞烟流试验的烟流发生装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于风洞烟流试验的烟流发生装置及使用方法，发烟时间、发烟浓度可控，出口压力可调。包括：空压机、储气罐、减压阀、开关阀、止回阀、专用发烟装置、电气控制箱、稳压阀。在风洞烟流实验中，使各分支管路的纯空气流量实际值与试验要求的烟流流量实际值相同；在此基础上，通过加热器通电作业使得烟饼放烟，其烟雾混合到气流中，从而使得各管路产生试验所要求的烟流。当单个烟饼或者多个烟饼燃烧完成，试验需要继续进行时，可以通过电气控制箱上的控制按钮使得对应加热器通电作业从而使相应烟饼发烟，从而维持烟流。当需要烟流的浓度更高时，可以通过同时使多个加热器通电作业的方式实现。

Description

应用于风洞烟流试验的烟流发生装置及使用方法

技术领域

本发明涉及风洞烟流试验技术领域，尤其是一种应用于风洞烟流试验的烟流发生装置及使用方法。

背景技术

通过风洞模型烟流试验，可以得出船舶、建筑物等烟雾产生体在多种工况下所排放的烟气的流动情况，对于船舶、建筑物等研究及设计有重要的参考价值。

市场上现有的发烟装置多产生水雾、油雾，此类液态烟雾易冷凝，而一部分船舶、建筑物等烟雾产生体产生的烟雾为固态烟雾，这类固态烟雾排出后不会冷凝，因此这类发烟装置产生的烟流的流动特性与产生固态烟雾的烟雾发生体产生的烟流流动特性差异大。

且现有发烟装置所发烟雾浓度不可调节，出口压力固定，且较小，根据气体流量与出口压力的特性曲线可知，其烟流流量也较小。在一些风洞烟流试验，需要烟雾为固态烟雾，要求烟流出口压力可在较大范围内调节从而在此基础上实现烟流流量的大范围调节，且烟雾的浓度也要具备一定的调节能力，所以现有烟流装置无法应用于这部分试验中。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置及使用方法，其可产生固态烟雾，能够控制发烟时间、浓度和烟流出口压力。

本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，包括沿着气流方向设置的气体发生组件、烟气发生组件、烟气输出管路，

所述气体发生组件包括空压机、连接在空压机的出气方向的储气罐，储气罐的出气方向连接有阀门组；

所述烟气发生组件包括发烟容器，发烟容器上连接有进气管和出气管，其顶部安装有安全阀、抽气泵和过滤器，发烟容器内设有发烟平台和加热器；

所述加热器的加热时间可控。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述发烟容器内预先填充减压后的压缩空气。

所述储气罐的出气方向的阀门组包括：沿着出气方向依次设置的减压阀、第一开关阀、止回阀。

所述烟气输出管路上沿着气体输出方向，依次设置第二开关阀、稳压阀，稳压阀输出的气体接入外界气体分流管路。

所述发烟平台上对应设有加热器，所述加热器垂直贯穿于发烟容器的侧壁设置，且在发烟容器外侧被紧固件限位。

加热器包括与紧固件同轴相连的隔热体，所述隔热体背离紧固件的一端连接有导热套，导热套背离隔热体的一端设有导热尖头，所述导热套内设有加热丝及轴管；加热丝及轴管上引出有导线。

所述发烟平台上贴有隔热层。

一种应用于风洞烟流试验的烟流发生装置的使用方法，包括如下步骤：

准备阶段：

空压机产生压缩空气，并输送至储气罐；储气罐储存空气，并将罐内空气的气压保持在指定范围之内；罐内空气经过减压阀降压后，进入发烟容器；发烟容器在初始状态下，内部仅有减压阀输入的压缩空气；

发烟阶段：

发烟容器在运行时，加热器对烟饼加热，点燃烟饼发烟，烟尘混合发烟容器内的压缩空气形成烟流，通过烟气输出管路输出；烟气输出时，储气罐依然向发烟容器提供压缩空气，从而保持发烟容器中的气体保持动态平衡，同时新输入的压缩气体为烟饼发烟提供氧气。

试验结束阶段：

通过设备上的出气管将剩余烟流通至过滤器，经由过滤器过滤后排放到大气中。

作为上述技术方案的进一步改进：

试验结束阶段中，通过压力表查看发烟容器内部压力，

当压力值＞0.05MPa时，将出气管接到过滤器出气的快接头上，烟流通过过滤器后排放；

当压力值≤0.05MPa时，将过滤器出气的快接头先与抽气泵入口处的快接头相连，将出气管接至抽气泵出口处的快接头上，增大排放烟流的压力后排放。

罐内空气气压取值范围0.7-0.8MPa，当罐内气压低于指定范围时，空压机补气加压；当罐内气压达到指定范围上限时，空压机停止运行；

压力表监控发烟容器内部压力，当内部压力高于指定范围时，安全阀自动泄压。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，能够产生发烟时间、发烟浓度可控、出口压力可调的固态性质的烟流。

本发明尤其适用于风洞烟流实验中，在电气电路不工作的前提下，先通过本发明的烟流发生装置、外界气体分流管路、各分支管路配套的常规PID流量控制设备，使得各分支管路的纯空气流量实际值与试验要求的烟流流量实际值相同；在此基础上，通过加热器通电作业使得烟饼放烟，其烟雾混合到发烟容器内的气流中，从而使得各管路产生试验所要求的烟流。

当单个烟饼或者多个烟饼燃烧完成，试验需要继续进行时，可以通过电气控制箱上的控制按钮使得对应加热器通电作业从而使相应烟饼发烟，从而维持烟流；

当需要烟流的浓度更高时，可以通过同时使多个加热器通电作业的方式实现；

当试验结束，而烟饼未发烟结束时，可以通过排气管路经过耐高温烟雾过滤装置将烟气进行过滤后排放至户外。

本发明与现有技术的区别在于，现有技术先点烟，或烟气与空气同时输出混合；本发明先提供定量定压的空气，然后再点烟，有利于控制烟流中烟气占比；从发烟容器中统一输出，便于控制输出的压力。所输出的烟流能够高相似度模拟船舶上的实际烟流。

本发明所用烟饼，区别于常用的油雾模拟试验，油雾模拟试验容易受到温度变化，改变油雾分散液滴的形状，发生例如冷凝液化的情况，试验过程中的烟流既不稳定，试验后也难以清理油雾。本发明的烟流中，烟尘粒子大小稳定，清洁方便。

附图说明

图1为本发明的整体流程框图。

图2为本发明的发烟容器整体结构主视图。

图3为本发明的发烟容器隐藏门板的示意图。

图4为本发明中的加热器局部剖视图。

其中：1、空压机；2、储气罐；3、发烟容器；4、进气管；5、出气管；6、发烟平台；7、加热器；8、减压阀；9、第一开关阀；10、止回阀；11、第二开关阀；12、稳压阀；13、抽气泵；14、过滤器；15、安全阀；16、压力表；

601、紧固套；602、紧固件；

701、隔热体；702、导热套；703、导热尖头；704、加热丝及轴管；705、导线。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图4所示，本实施例的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，包括沿着气流方向设置的气体发生组件、烟气发生组件、烟气输出管路，

气体发生组件包括空压机1、连接在空压机1的出气方向的储气罐2，储气罐2的出气方向连接有阀门组；

烟气发生组件包括发烟容器3，发烟容器3上连接有进气管4和出气管5，其顶部安装有安全阀、抽气泵和过滤器，发烟容器3内设有发烟平台6和加热器7；

加热器7的加热时间可控。

发烟容器3内预先填充减压后的压缩空气。

储气罐2的出气方向的阀门组包括：沿着出气方向依次设置的减压阀8、第一开关阀9、止回阀10。

烟气输出管路上沿着气体输出方向，依次设置第二开关阀11、稳压阀12，稳压阀12输出的气体接入外界气体分流管路。

发烟平台6上对应设有加热器7，加热器7垂直贯穿于发烟容器3的侧壁设置，且在发烟容器3外侧被紧固件602限位。

加热器7包括与紧固件602同轴相连的隔热体701，隔热体701背离紧固件602的一端连接有导热套702，导热套702背离隔热体701的一端设有导热尖头703，导热套702内设有加热丝及轴管704；加热丝及轴管704上引出有导线705。

发烟平台6上贴有隔热层。

本实施例的如权利要求1的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置的使用方法，包括如下步骤：

准备阶段：

空压机1产生压缩空气，并输送至储气罐2；储气罐2储存空气，并将罐内空气的气压保持在指定范围之内；罐内空气经过减压阀8降压后，进入发烟容器3；发烟容器3在初始状态下，内部仅有减压阀8输入的压缩空气；

发烟阶段：

发烟容器3在运行时，加热器7对烟饼加热，点燃烟饼发烟，烟尘混合发烟容器3内的压缩空气形成烟流，通过烟气输出管路输出；烟气输出时，储气罐2依然向发烟容器3提供压缩空气，从而保持发烟容器3中的气体保持动态平衡，同时新输入的压缩气体为烟饼发烟提供氧气。

试验结束阶段：

通过设备上的出气管5将剩余烟流通至过滤器，经由过滤器过滤后排放到大气中。

试验结束阶段中，通过压力表查看发烟容器3内部压力，

当压力值＞0.05MPa时，将出气管5接到过滤器出气的快接头上，烟流通过过滤器后排放；

当压力值≤0.05MPa时，将过滤器出气的快接头先与抽气泵入口处的快接头相连，将出气管5接至抽气泵出口处的快接头上，增大排放烟流的压力后排放。

罐内空气气压取值范围0.7-0.8MPa，当罐内气压低于指定范围时，空压机1补气加压；当罐内气压达到指定范围上限时，空压机1停止运行；

压力表监控发烟容器3内部压力，当内部压力高于指定范围时，安全阀自动泄压。

本实施例的具体结构及工作过程如下：

本发明根据船员在船舶上实际接触到的烟流为出发点，需要模拟船上烟流进行试验。模拟烟流需要克服的两大技术难点分别是：烟流中的烟尘浓度、烟流的流量及压力。

如图1所示，本发明装置包括空压机1、储气罐2、减压阀8、开关阀、止回阀10、专用发烟容器3及其电气控制箱、开关阀、稳压阀12。

使用时，通过空压机1产生压缩空气并输送至储气罐2，通过储气罐2储存压缩空气并使压缩空气的气压基本保持在0.7-0.8MPa；当储气罐2压力小于0.7MPa时，空压机1工作加压；当储气罐2压力达到0.8MPa时，空压机1停止工作。

通过减压阀8将储气罐2的出口压力降低至某一个出口压力输出，通过第一开关阀9控制该段气路的通断，通过止回阀10防止烟流流往进气方向。

专用发烟容器3一方面具有发烟功能，同时它也具有储气罐2的功能，其储存了一定体积的自减压阀8减压后的气体，当发烟容器3产生烟雾后，烟雾与这些气体混合，经过减压阀8稳压后输出，从而形成了出口压力稳定的烟流。

在烟流出口压力比较稳定的基础上，通过外界气体分流管道形成多个管道的烟流输出，再通过各管道单独配置的常规烟流测控装置以及常规PID控制方法，实现各管路的烟流流量控制，从而满足烟流试验模拟流量大小的需求。

如图2和图3所示，发烟容器3为正方体，容器耐压1MPa，进气管4道、出气管5道分别位于容器两侧面的上方，其中进气管4道接图1中的止回阀10，出气管5道接图1中的第二开关阀11。

从储气罐2出来的压缩空气经减压阀8减压后，通过进气管4道进入发烟容器3；而发烟容器3中的气体则通过出气管5道输出。在不发烟状态下，发烟容器3中的气体为经减压后的压缩空气；在发烟状态下为经减压后的压缩空气与烟雾混合气体。

容器的顶部配置有：安全阀15、压力表16、开关阀、耐高温烟雾过滤装置、抽气泵13。

通过压力表16可以实时查看容器内部的压力，当内部压力大于0.8MPa时，安全阀15自动动作泄压，从而确保设备及人员的完全。

耐高温烟雾过滤装置用于对排放的烟气进行过滤，需要将容器内部的烟气进行排放时，先关闭第一开关阀9，使压缩气体不再流入。

通过压力表16查看容器内部气压值，当压力值＞0.05MPa的情况下，直接将排放管道接至耐高温烟雾过滤装置出气口，并打开对应的开关阀，从而实现烟气的排放；

当压力值≤0.05MPa时，将耐高温烟雾过滤装置出气口，与抽气泵13入口相连，将排放管道接至抽气泵13出口并打开对应的开关阀，然后使抽气泵13运行，将烟气进行排放，排放管道接至户外。通过这样的烟气排放方式，能避免烟气对现场作业人员的影响并可以减少烟气对环境的污染。

为便于专用发烟容器3中烟饼发烟平台6、加热器7、容器内壁的检查、维护，烟饼的放置、检查、清理，发烟容器3的密封口盖设置于容器的前面板，在前面板开口周边布置了密封圈，通过螺栓固定专用发烟容器3密封口盖，通过口盖压紧密封圈实现可靠、快捷的密封。打开密封口盖，即能够便捷的对专用发烟容器3中的情况进行全面检查、维护。

如图3和图4所示，发烟平台6用于放置烟饼块，其外表面黏贴了厚度2mm陶瓷纤维防火布，陶瓷纤维防火布具有隔热功能，使得烟饼的发烟时其本体的局部高温不会通过烟饼发烟平台6对外传递。

为实现烟饼的快速加热以及加热器7的便捷、可靠安装而专门设计的加热器7如图4所示，包括纯铜材质的导热尖头703、陶瓷材质的导热套702、位于导热套702内的加热丝及轴管704，外层套设有玻璃纤维材质的隔热体701，通过不锈钢M5螺栓紧固件602固定安装在发烟容器3侧壁上。

通过纯铜材质的导热尖头703实现快速导热，并通过尖头适度插入烟饼而保证加热器7可靠的将热量传至烟饼。通过玻璃纤维隔热体701大幅度减少其中所布置的电线的受热老化，从而提高加热器7的可靠性。通过该加热器7后端的螺栓实现加热器7的便捷装卸，为了减少布置于螺栓内电线的受热老化从而提高加热器7的可靠性，其螺栓安装结构外置于发烟容器3的后面板上。在一定时间可加热到烟饼自燃温度，从而确保烟饼开始发烟。

本发明的一个实施例中，加热器7的启停时间可控，可以采用控制电路、PLC等方式控制；本实施例中采用的具体的控制方案如下：

采用电气电路控制加热器7，按下电路中的控制按钮后，接触器触点闭合，加热器7工作，达到时间继电器的整定时间后，时间继电器的常闭触点开关，则加热器7停止加热。

根据实际烟饼需要整定时间继电器的动作时间。烟饼放置托板在布置时，需确保各托板之间的水平间距≥15cm，需确保各托板之间的垂直间距≥20cm。因烟气的温度相对高于常温气体温度，密度小于常温气体，且出气管5道在箱体右侧，所以加热器7的操作，根据自上而下、以及自右而左的顺序。

加热器7的操作，通过电气控制箱实现，控制箱根据实际情况设计成移动式等多种形式，控制箱引入电源为220VAC，为了提供容器作业人员的安全性，控制箱内配置24V、1000W开关电源，通过该开关电源为抽气泵13、加热器7提供电源。

本发明产生固态烟雾的方式，相比于常规思路中，将烟饼点燃后放入到发烟容器3中，然后密封压力容器，然后再给压力容器加压到目标压力，然后再去调节压力容器后面所接的各个管路的气体流量的方法，本发明的发烟装置及其使用方法明显的提高了安全性和操作效率，并有利于人员健康及环保。

本文所提到的烟流装置可以在不中断试验的情况下，持续发烟，同时能够通过控制烟饼燃烧的数量，控制烟流浓度，有利于模拟更多的船舶航行工况，从而为船舶设计及研究提供更好的支撑。

本发明特有的设计以及其使用方法，使得其可以实现发烟时间可控、烟雾浓度可控、出口压力可调的、固态性质的烟流。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，其特征在于：包括沿着气流方向设置的气体发生组件、烟气发生组件、烟气输出管路，

所述气体发生组件包括空压机(1)、连接在空压机(1)的出气方向的储气罐(2)，储气罐(2)的出气方向连接有阀门组；

所述烟气发生组件包括发烟容器(3)，发烟容器(3)上连接有进气管(4)和出气管(5)，其顶部安装有安全阀(15)、抽气泵(13)和过滤器(14)，发烟容器(3)内设有发烟平台(6)和加热器(7)；

所述加热器(7)的加热时间可控，

应用于风洞烟流试验的烟流发生装置的使用方法如下：

准备阶段：

空压机(1)产生压缩空气，并输送至储气罐(2)；储气罐(2)储存空气，并将罐内空气的气压保持在指定范围之内；罐内空气经过减压阀(8)降压后，进入发烟容器(3)；发烟容器(3)在初始状态下，内部仅有减压阀(8)输入的压缩空气；

各分支管路的纯空气流量实际值与试验要求的烟流流量实际值相同；

发烟阶段：

发烟容器(3)在运行时，加热器(7)对烟饼加热，点燃烟饼发烟，烟尘混合发烟容器(3)内的压缩空气形成烟流，通过烟气输出管路输出；烟气输出时，储气罐(2)依然向发烟容器(3)提供压缩空气；保持发烟容器中的气体保持动态平衡，同时新输入的压缩气体为烟饼发烟提供氧气；所述发烟容器(3)内预先填充减压后的压缩空气。

试验结束阶段：

通过设备上的出气管(5)将剩余烟流通至过滤器，经由过滤器过滤后排放到大气中，

试验结束阶段中，通过压力表查看发烟容器(3)内部压力，

当压力值＞0.05MPa时，将出气管(5)接到过滤器出气的快接头上，烟流通过过滤器后排放；

当压力值≤0.05MPa时，将过滤器出气的快接头先与抽气泵入口处的快接头相连，将出气管(5)接至抽气泵出口处的快接头上，增大排放烟流的压力后排放。

2.如权利要求1所述的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，其特征在于：所述储气罐(2)的出气方向的阀门组包括：沿着出气方向依次设置的减压阀(8)、第一开关阀(9)、止回阀(10)。

3.如权利要求1所述的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，其特征在于：所述烟气输出管路上沿着气体输出方向，依次设置第二开关阀(11)、稳压阀(12)，稳压阀(12)输出的气体接入外界气体分流管路。

4.如权利要求1所述的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，其特征在于：所述发烟平台(6)上对应设有加热器(7)，所述加热器(7)垂直贯穿于发烟容器(3)的侧壁设置，且在发烟容器(3)外侧被紧固件(602)限位。

5.如权利要求4所述的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，其特征在于：加热器(7)包括与紧固件(602)同轴相连的隔热体(701)，所述隔热体(701)背离紧固件(602)的一端连接有导热套(702)，导热套(702)背离隔热体(701)的一端设有导热尖头(703)，所述导热套(702)内设有加热丝及轴管(704)；加热丝及轴管(704)上引出有导线(705)。

6.如权利要求5所述的应用于风洞烟流试验的烟流发生装置，其特征在于：所述发烟平台(6)上贴有隔热层。

7.如权利要求1所述使用方法，其特征在于，罐内空气气压取值范围0.7-0.8MPa，当罐内气压低于指定范围时，空压机(1)补气加压；当罐内气压达到指定范围上限时，空压机(1)停止运行；

压力表监控发烟容器(3)内部压力，当内部压力高于指定范围时，安全阀自动泄压。