CN116907784A - 一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置和方法，包括环形设置的风洞，风洞水平安装在地面上；风洞包括燃烧段，燃烧段连通有测量段，测量段的出口连通有整流段，整流段与燃烧段进口连通；测量段内向远离燃烧段的一侧依次设置有测量组件和后处理组件，后处理组件连通有调节组件，调节组件的出口与整流段的进口连通；调节组件包括套设在风洞外的供氧环，供氧环与风洞内腔连通。本发明环形燃烧风洞，通过在测量段开展燃烧实验，在下游收集气体，通过氧耗法测量燃烧效率，提高了对环境模拟的真实性，提高收集到数据的准确性和可信性，为火灾规律的研究提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明属于燃烧效率测量技术领域，尤其涉及一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置和方法。
背景技术
在火灾规律的研究中，热释放速率被认为是表征火灾过程的重要参数，它可以定义火灾的尺度或规模；热释放速率是单位时间内可燃物燃烧所释放出的热量，但是由于燃烧过程中可燃物的组分变化很大，燃烧场景不同，因此依靠现有的固定公式来确定可燃物的热释放速率很困难，通常是通过实验来研究典型物品的火焰燃烧特性，并据此估计特定火灾中的热释放速率，其中基于耗氧原理(氧耗法)测定燃烧热释放速率是目前火灾研究中通用的实验原理。
现有的实验装置一般是开放式的，都是通过集烟罩收集燃烧产生的气体，通过气体成分分析，计算燃料燃烧热释放速率；但是上述的实验方法没有考虑到外界的环境风对燃烧效率的影响，对于环境风作用下的扩散燃烧火焰，很难通过集烟罩收集气体成分，也就导致现有实验装置测量得到的实验数据存在较大的误差，为火灾规律的研究带来一定困难。
因此，本申请设计了一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置和方法来解决上述的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置和方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，包括环形设置的风洞，所述风洞水平安装在地面上；
所述风洞包括燃烧段，所述燃烧段连通有测量段，所述测量段的出口连通有整流段，所述整流段与所述燃烧段进口连通；
所述测量段内向远离所述燃烧段的一侧依次设置有测量组件和后处理组件，所述后处理组件连通有调节组件，所述调节组件的出口与所述整流段的进口连通；
所述调节组件包括套设在所述风洞外的供氧环，所述供氧环与所述风洞内腔连通。
优选的，所述后处理组件包括依次固接在所述测量段的水蒸气过滤层、冷却装置、第一过滤网和第二过滤网；所述测量段的出口嵌设固接有整流板。
优选的，所述冷却装置包括冷却框，所述冷却框的顶端固接有出水箱，所述冷却框的底端固接有进水箱，所述出水箱与所述进水箱之间固接并连通有网状的冷却管；所述进水箱和所述出水箱分别通过进水管和出水管与外界连通。
优选的，所述测量段的出口固定安装有风机，所述风机的出风方向朝向所述燃烧段。
优选的，所述测量组件包括向远离所述燃烧段反向设置的流速测量段、温度测量段和气体采集段，所述流速测量段内固定安装有若干皮托管，所述温度测量段内固定安装有热电偶，所述气体采集段内固定安装有若干气体采样探针。
优选的，所述皮托管、所述热电偶和所述气体采样探针分别与外界的采样电脑和控制台电性连接。
优选的，所述燃烧段的出口连通有第一连接段，所述第一连接段的出口连通有扩散段，所述扩散段与所述测量段连通；所述测量段与所述整流段之间固接并连通有第二连接段，所述风机固定安装在所述第二连接段内，所述供氧环套设固接在所述第二连接段外；所述整流段的出口连通有收缩段，所述收缩段的出口与所述燃烧段连通。
优选的，所述扩散段的进口小于所述扩散段的出口，所述收缩段的进口大于出口。
优选的，所述风洞为透明耐高温材质制作。
一种环境风作用下油池火燃烧效率测量方法，包括以下步骤：
步骤一：组装测量装置，根据设计规格和尺寸组装设备并水平摆放在地面上；
步骤二：设备调节；将风洞进口与外界连通，然后带动空气循环一段时间后与外界断开，并记录初始数据；
步骤三：试验进行；启动燃烧段，燃烧后的烟气进入测量段，测量烟气数据并进行记录；
步骤四：烟气循环处理；烟气经过测量后经过后处理组件处理和调节组件处理后经过整流后再次进入循环；
步骤五：数据处理；经过多次循环后综合处理测量数据。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明设置成环形的封闭风洞，防止外界的环境因素影响测量数据的准确性；风洞水平放置也避免了烟气的纵向流动(自身热浮力诱导)导致的速度偏差，提高测量数据的准确性；燃烧段模拟不同规格和原料的燃烧反应，测量段用于对燃烧产生的烟气进行测量，并通过耗氧法测量燃烧效率；测量后的烟气被处理后经过整流，实现再次循环，模拟环境风对燃烧的影响，循环的气流经过调节组件调节，使其与外界的环境相适配，实现内部循环，避免循环烟气的含氧量不足导致的燃烧受影响；供氧环环形设置在风洞的外壁，实现缓慢调节空气的含氧量，同时避免氧气的供应导致烟气流速度变化；此外，风洞为透明耐高温材质制作，可以实时观察风洞内部烟气/火焰的流动情况，记录实验测试的现象。
本发明环形燃烧风洞，通过在测量段开展燃烧实验，在下游收集气体，通过氧耗法测量燃烧效率，提高了对环境模拟的真实性，提高收集到的数据的准确性和可信性，为火灾规律的研究提供数据支撑。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明环境风作用下油池火燃烧效率测量装置轴视图；
图2为本发明环境风作用下油池火燃烧效率测量装置俯视图；
图3为本发明测量区域结构示意图；
图4为本发明冷却段结构示意图；
图5为本发明整流板轴视图；
图6为本发明整流板主视图；
图7为本发明整流筒轴视图；
图8为本发明整流筒主视结构示意图；
图中：1、风洞；2、燃烧段；3、测量段；5、整流段；7、水蒸气过滤层；8、冷却装置；9、第一过滤网；10、第二过滤网；11、整流板；12、冷却框；13、出水箱；14、进水箱；15、冷却管；16、进水管；17、出水管；18、风机；19、流速测量段；20、温度测量段；21、气体采集段；22、皮托管；23、热电偶；24、气体采样探针；25、采样电脑；26、控制台；27、第一连接段；28、扩散段；29、第二连接段；30、收缩段；31、支撑脚；32、供氧孔；33、火源；34、风速探头；35、供氧环。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-8所示，本实施例提供一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，包括环形设置的风洞1，风洞1水平安装在地面上；
风洞1包括燃烧段2，燃烧段2连通有测量段3，测量段3的出口连通有整流段5，整流段5与燃烧段2进口连通；
测量段3内向远离燃烧段2的一侧依次设置有测量组件和后处理组件，后处理组件连通有调节组件，调节组件的出口与整流段5的进口连通；
调节组件包括套设在风洞1外的供氧环35，供氧环35与风洞1内腔连通。
本发明设置成环形的封闭风洞1，防止外界的环境因素影响测量数据的准确性；风洞1水平放置也避免了烟气的纵向流动(自身热浮力诱导)导致的速度偏差，提高测量数据的准确性；燃烧段2模拟不同规格和原料的燃烧反应，测量段3用于对燃烧产生的烟气进行测量，并通过耗氧法测量燃烧效率；测量后的烟气被处理后经过整流，实现再次循环，模拟环境风对燃烧的影响，循环的气流经过调节组件调节，使其与外界的环境相适配，实现内部循环，避免循环烟气的含氧量不足导致的燃烧受影响；供氧环35环形设置在风洞1的外壁，实现缓慢调节空气的含氧量，同时避免氧气的供应导致烟气流速度变化。
进一步的，风洞1的底端固定安装有若干支撑脚31，将风洞1支撑在地面上，同时方便调平。
进一步优化方案，后处理组件包括依次固接在测量段3的水蒸气过滤层7、冷却装置8、第一过滤网9和第二过滤网10；测量段3的出口嵌设固接有整流板11。烟气经过测量段3后，数据被测量清楚；然后烟气依次经过水蒸气过滤段除湿、冷却装置8降温，第一过滤网9和第二过滤网10对烟气依次进行过滤，将烟气处理到与外界的环境风(气体成分)相似的状态，方便后续进行循环。
进一步的，水蒸气过滤层7、第一过滤网9和第二过滤网10为常见的结构形式，此处不再赘述。
进一步优化方案，冷却装置8包括冷却框12，冷却框12的顶端固接有出水箱13，冷却框12的底端固接有进水箱14，出水箱13和进水箱14之间固接并连通有网状的冷却管15；进水箱14和出水箱13分别通过进水管16和出水管17与外界连通。冷却水从进水管16进入进水箱14，然后通过若干的冷却管15升高进入出水箱13，再从出水管17排出进行循环；烟气经过冷却管15时，与冷却管15进行换热降温，将烟气降温到适当的温度，方便烟气模拟环境风循环。
进一步的，冷却管15的材料为高导热材料，方便导热，提高换热效率。
进一步优化方案，测量段3的出口固定安装有风机18，风机18的出风方向朝向燃烧段2。风机18的作用是模拟环境风的形成，并方便调节风速，模拟不同的环境风规格等级。
进一步优化方案，测量组件包括向远离燃烧段2反向设置的流速测量段19、温度测量段20和气体采集段21，流速测量段19内固定安装有若干皮托管22，温度测量段20内固定安装有热电偶23，气体采集段21内固定安装有若干气体采样探针24；皮托管22、热电偶23和气体采样探针24分别与外界的采样电脑25和控制台26电性连接。
进一步优化方案，燃烧段2的出口连通有第一连接段27，第一连接段27的出口连通有扩散段28，扩散段28与测量段3连通；测量段3与整流段5之间固接并连通有第二连接段29，风机18固定安装在第二连接段29内，供氧环35套设固接在第二连接段29外；整流段5的出口连通有收缩段30，收缩段30的出口与燃烧段2连通；扩散段28的进口小于扩散段28的出口，收缩段30的进口大于出口。第一连接段27和第二连接段29用于连接各分段形成环形的风洞1，实现烟气的循环和环境风的模拟，收缩段30和扩散段28用于对烟气进行扩散和收束。
进一步优化方案，风洞1为透明耐高温材质制作。风洞1采用透明的耐高温材料制作，方便在外界进行观察风洞内部烟气/火焰的流动情况，记录实验测试的现象；本申请还可以设置用于拍摄的摄像机，可将反应过程进行拍摄，方便后期的观察。
进一步的，本实施例的风机18固定安装在第二连接段29内，其与整流板11的距离稍远，避免风机18对烟气的测量数据产生影响。
进一步的，第二连接段29的外壁开设有若干供氧孔32，供氧环35与供氧孔32对应设置，可将氧气供入第二连接段29内，调节烟气的成分，使其与外界的空气成分一致。
进一步的，第二连接段29内固定安装有另外的气体采样探针24，用于检测烟气的成分，为供氧提供数据信号。
进一步的，燃烧段2内设置有火源33，可模拟不同尺度的的燃烧；燃烧段2内还设置有风速探头，测量环境风速。
进一步的，燃烧段2内还固定安装有风速探头34，用于探测风速。
进一步的，整流板11和整流段5的结构相似，均是框架内阵列固接若干的烟气通道，方便对烟气的流动状态进行整流。
一种环境风作用下油池火燃烧效率测量方法，包括以下步骤：
步骤一：组装测量装置；根据设计规格和尺寸组装设备并水平摆放在地面上；按照设计规格组装成型，并水平摆放在地面上，并进行调平；
步骤二：设备调节；将风洞1进口与外界连通，然后带动空气循环一段时间后与外界断开，并记录初始数据；将风洞1与外界的环境连通，并循环一段时间，并记录空气的除湿参数；
步骤三：试验进行；启动燃烧段2，并开启火源33，燃烧后的烟气进入测量段3，测量烟气数据并进行记录，然后将烟气导入测量段，并以此测量烟气的速度、温度和成分；设计时先测量烟气速度，避免其它测量影响测量的精度；测量出的参数传递给采样电脑25及控制台26；
步骤四：烟气循环处理；烟气经过测量后经过后处理组件处理和调节组件处理后经过整流后再次进入循环；测量后的烟气经过除湿、降温和依次过滤除尘形成干净的风，并经过风机18加速，再经过调节组件的供氧环35时增加含氧量，供火源33的循环燃烧，同时可模拟环境风的影响；
步骤五：数据处理；经过多次循环后综合处理测量数据；综合烟气的参数数据，并根据耗氧量计算燃烧效率，计算公式为常规公式，此处不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：包括环形设置的风洞(1)，所述风洞(1)水平安装在地面上；
所述风洞(1)包括燃烧段(2)，所述燃烧段(2)连通有测量段(3)，所述测量段(3)的出口连通有整流段(5)，所述整流段(5)与所述燃烧段(2)进口连通；
所述测量段(3)内向远离所述燃烧段(2)的一侧依次设置有测量组件和后处理组件，所述后处理组件连通有调节组件，所述调节组件的出口与所述整流段(5)的进口连通；
所述调节组件包括套设在所述风洞(1)外的供氧环(35)，所述供氧环(35)与所述风洞(1)内腔连通。
2.根据权利要求1所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述后处理组件包括依次固接在所述测量段(3)的水蒸气过滤层(7)、冷却装置(8)、第一过滤网(9)和第二过滤网(10)；所述测量段(3)的出口嵌设固接有整流板(11)。
3.根据权利要求2所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述冷却装置(8)包括冷却框(12)，所述冷却框(12)的顶端固接有出水箱(13)，所述冷却框(12)的底端固接有进水箱(14)，所述出水箱(13)与所述进水箱(14)之间固接并连通有网状的冷却管(15)；所述进水箱(14)与所述出水箱(13)分别通过进水管(16)和出水管(17)与外界连通。
4.根据权利要求2所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述测量段(3)的出口固定安装有风机(18)，所述风机(18)的出风方向朝向所述燃烧段(2)。
5.根据权利要求1所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述测量组件包括向远离所述燃烧段(2)反向设置的流速测量段(19)、温度测量段(20)和气体采集段(21)，所述流速测量段(19)内固定安装有若干皮托管(22)，所述温度测量段(20)内固定安装有热电偶(23)，所述气体采集段(21)内固定安装有若干气体采样探针(24)。
6.根据权利要求5所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述皮托管(22)、所述热电偶(23)和所述气体采样探针(24)分别与外界的采样电脑(25)和控制台(26)电性连接。
7.根据权利要求4所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述燃烧段(2)的出口连通有第一连接段(27)，所述第一连接段(27)的出口连通有扩散段(28)，所述扩散段(28)与所述测量段(3)连通；所述测量段(3)与所述整流段(5)之间固接并连通有第二连接段(29)，所述风机(18)固定安装在所述第二连接段(29)内，所述供氧环(35)套设固接在所述第二连接段(29)外；所述整流段(5)的出口连通有收缩段(30)，所述收缩段(30)的出口与所述燃烧段(2)连通。
8.根据权利要求7所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述扩散段(28)的进口小于所述扩散段(28)的出口，所述收缩段(30)的进口大于出口。
9.根据权利要求1所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于：所述风洞(1)为透明耐高温材质制作。
10.一种环境风作用下油池火燃烧效率测量方法，根据权利要求1-9任意一项所述的环境风作用下油池火燃烧效率测量装置，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：组装测量装置，根据设计规格和尺寸组装设备并水平摆放在地面上；
步骤二：设备调节；将风洞(1)进口与外界连通，然后带动空气循环一段时间后与外界断开，并记录初始数据；
步骤三：试验进行；启动燃烧段(2)，燃烧后的烟气进入测量段(3)，测量烟气数据并进行记录；
步骤四：烟气循环处理；烟气经过测量后经过后处理组件处理和调节组件处理后经过整流后再次进入循环；
步骤五：数据处理；经过多次循环后综合处理测量数据。
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| CN117109862A (zh) * | 2023-10-24 | 2023-11-24 | 中国民用航空飞行学院 | 一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台 |
| CN117109862B (zh) * | 2023-10-24 | 2024-01-02 | 中国民用航空飞行学院 | 一种电动飞行器动力锂电池热管理风冷测试平台 |
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