CN117571768A - 一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，包括：矩形承装模块、辐射模块、对流模块、液体供给模块、泡沫喷射模块、参数测量模块和智能控制模块。矩形承装模块用于承装油品、泡沫等；辐射模块可产生热辐射；对流模块通过火羽流模拟热对流；液体供给模块用于供水供油；泡沫喷射模块用于产生泡沫；参数测量模块可实时监测承装容器内部温度与热流参数，并记录泡沫层破坏与燃烧复燃及扩散过程；智能控制模块对其他模块进行控制，实现对流、辐射或对流‑辐射耦合作用下泡沫热稳定性测试。本发明装置，可演示泡沫层破坏及火焰复燃与扩散过程，为泡沫在强对流与辐射共同影响下的稳定性研究提供指导。

Description

一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置

技术领域

本发明属于泡沫性能测试装置技术领域，具体涉及在热对流与辐射的单一或耦合条件下，对泡沫进行热稳定性测试及复燃演示的装置。

背景技术

随着我国经济快速发展，对各类液体油的需求不断增加。为了满足需求，我国兴建了很多大型储罐，储存了大量油品。例如，10万立方米的储罐已经成为罐区中常用的储罐类型。储罐火一旦发生，燃烧面积大，火焰温度高，燃烧过程中会产生强热对流和热辐射。大型储罐火灾灭火救援困难，是世界公认的难题。液体火灾发生后，通常采用泡沫进行灭火。灭火效率主要取决于泡沫在燃烧油品表面的流动和覆盖，即泡沫能否稳定的覆盖在燃烧油品表面将直接决定能否灭火。泡沫在研发过程中，泡沫热稳定性是衡量泡沫灭火及抗复燃能力的关键指标。热稳定性越好，则泡沫在火场中破坏速率越慢，则会有更多的泡沫用于油品覆盖，进而保障灭火。在实际灭火过程中，泡沫会受到火焰直接辐射作用与火羽流高温影响。因此，研发一款能够同时模拟泡沫在辐射和对流共同作用下的热稳定性评估装置具有重要意义。

对于泡沫热稳定性测量装置，已有学者进行了相关装置的研发。陈现涛等人设计开发了一种热源距离可变的泡沫灭火剂热稳定性测试仪(授权公告号CN209745851U)，该装置通过改变热源温度，实现泡沫层在不同热环境下的破坏过程。该专利所涉及的装置测试对象为少量泡沫，难以直观反映宏观泡沫层在高温作用下坍塌、破坏及泡沫破坏后油品的复燃过程。同时，加热方式仅为热对流，并未考虑辐射对泡沫热稳定性的影响。

故在泡沫灭火剂研发和泡沫测试阶段阶段，亟需研发一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，用以测定泡沫在热对流和热辐射耦合的复杂受热场景下的热稳定性，并对泡沫层破坏及液体复燃的全过程进行动态展示。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种耦合热对流与热辐射的加热装置，能够更好地还原实际火场中泡沫层的受热情况，对泡沫层破坏与火焰复燃及扩散的全过程进行模拟演示，且可以定量测定不同强度辐射、对流耦合情况下，所述的承装容器内任意位置的温度及热流变化，从而提升人们对辐射与对流耦合情况下火场灾变规律的认识，为泡沫热稳定性的测量提供技术支持。

根据本发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，包括矩形承装模块，所述的矩形承装模块上部敞口，用于模拟演示泡沫层破坏与火焰复燃及扩散过程，并可通过承装容器的一个石英玻璃侧面进行观察；辐射模块，可进行上下及左右地移动，对槽体内部施加不同大小热辐射，用于模拟实际火场中泡沫受到的热辐射；对流模块，可为整流装置持续提供所述的可燃气体，并且可调节供气速率，以改变火焰功率，对所述承装容器内部施加热对流，用于模拟实际火场中泡沫受到的热对流；液体供给模块用于向所述的承装容器提供水与油；泡沫喷射模块，用于产生并喷射泡沫；参数测量模块用于监测并记录所述的承装容器内的温度、热流、泡沫层破坏状态和火焰形态及高度变化；智能控制模块，用于控制其他模块。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的矩形承装模块上部敞口，包括承装容器、排液阀和铁网，所述的承装容器用于承装水、油和泡沫；所述的排液阀位于所述的承装容器底部，用于排出废液；所述的铁网位于所述承装容器左侧一端，主要用于防止泡沫进入所述的对流模块。

可选地，所述的承装容器正面可为所述的石英玻璃，用于观察泡沫及火焰形态，其余侧面及底面可为所述钢板，可根据需求调整所述的承装容器尺寸，以模拟不同尺度的泡沫层破坏与火焰复燃及扩散过程。

有利地，所述的排液阀可在测试结束后将废液排出，以避免废液积聚在所述的承装容器中，影响下一次测试。

有利地，所述的铁网位于所述承装容器左侧一端，火焰能够穿过所述的铁网，而泡沫无法流过所述铁网，以避免泡沫流入所述的对流模块区域，且不会影响火焰对所述承装容器内部的对流作用。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的对流模块位于所述矩形承装模块的左侧，主要用于产生高温火焰，通过热对流，破坏所述矩形承装模块左侧内部的泡沫，即可模拟在对流影响下泡沫的破坏情况；所述的对流模块包括可燃气体钢瓶、减压阀、质量流量控制器、输气管道和整流装置；所述的可燃气体钢瓶用于提供可燃气体；所述的减压阀设置在所述的可燃气体钢瓶上，用于控制可燃气体的输出速率；所述的输气管道一端与所述可燃气体钢瓶相连，一端与所述整流装置相连，用以输送可燃气体；所述的质量流量控制器设置在所述输气管道上；所述的整流装置与所述输气管道连接，内部由细小颗粒填充，实现输出的可燃气体的流速均匀、稳定；点火后，所述的整流装置上方会产生稳定的火焰，即产生稳定的对流；所述的对流模块由所述智能控制模块控制，从而可精确调节可燃气体的输出流量，进而控制火焰的热释放速率，以模拟实际火场中不同燃烧强度的热对流环境。

可选地，所述的可燃气体钢瓶可承装不同热值的可燃气体，以满足不同对流大小的需求。

可选地，所述的整流装置内部可由为玻璃珠和石英砂等可以控制气体流速的细小颗粒填充。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的辐射模块位于所述矩形承装模块的上方，可对所述矩形承装模块上部施加不同大小的热辐射，用于测试在热辐射影响下，泡沫的热稳定性；所述的辐射模块包括辐射板、石英玻璃板、固定装置和运动装置；所述的石英玻璃板位于所述辐射板下侧，用于防止所述的矩形承装模块内部燃烧产生的火焰对所述辐射板造成破坏；所述的固定装置将所述辐射板和所述石英玻璃板固定在所述运动装置上，实现所述辐射板与所述矩形承装模块上表面平行；所述的运动装置包括驱动装置、支架和导轨；所述的驱动装置为所述辐射模块的运动提供动力；所述的支架用于连接固定所述的辐射板和石英玻璃板，通过所述的导轨实现辐射板沿所述矩形承装模块沿长边移动，进而实现改变辐射位置，同时，通过所述的驱动装置也可实现所述辐射板的上下移动，即调整所述的辐射板与所述承装容器距离，进而实现调整所述矩形承装模块表面的辐射大小；所述的辐射模块由所述智能控制模块控制，用于精准调节所述辐射板的辐射大小与位置，从而改变所述承装容器内泡沫层实际受到的的辐射大小，以模拟实际火场中不同燃烧强度的热辐射环境。

可选地，所述的辐射板可采用红外辐射板、气体燃烧板等能够产生热辐射的加热板，可根据具体测试需求进行拆卸更换。

可选地，所述的运动装置可根据不同的辐射位置需求上下左右移动，以保证热辐射可覆盖范围包括整个所述承装容器的上表面。

可选地，所述的辐射模块可与所述的对流模块单独或同时开启，从而模拟热对流、热辐射和对流辐射耦合场景下泡沫的破坏过程及液体火焰的复燃过程。通过调节对所述承装容器的对流与辐射比例，可模拟实际火灾场景下，泡沫的受热环境。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的液体供给模块用于向所述承装容器内供水和供油，包括液体容器、供液管道、阀门和泵；所述的供液管道一端与所述盛水容器和所述盛油容器相连，一端与所述承装容器相连；所述的阀门位于所述供液管道上；所述的泵由所述智能控制模块控制，从而控制供液速率；在阀门打开后，通过调整所述的泵功率可调节供液速率，当液位达到指定高度时，即关闭所述的泵，停止供液；所述液体供给模块为所述承装容器供给液体，由所述的智能控制模块控制；首先，通过所述的智能控制模块控制所述泵开启，开始供水，所述液位计示数达到预定值后，反馈给所述智能控制模块，停止供水；随后所述的智能控制模块控制所述泵开启，开始供油，所述液位计示数达到预定值后，反馈给所述的智能控制模块，停止供油；最后，通过所述的液体供给模块实现所述的承装容器内部液体分为一定厚度的水层和油层。

可选地，所述的盛油容器内存储的油种类可更换，但需要保证油不与水互溶，且密度小于水。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的泡沫喷射模块用于将泡沫喷入所述的承装容器，包括泡沫发生装置、软管、泡沫喷射装置和泡沫挡板，所述的泡沫发生装置用于产生并储存泡沫；所述的软管一端与所述泡沫发生装置连接，一端与所述泡沫喷射装置连接，用于输送泡沫；所述的泡沫喷射装置位于所述泡沫挡板右侧，用于喷射泡沫；所述的泡沫挡板可以阻挡所述泡沫喷射装置喷出的泡沫，并使泡沫流入所述承装容器中，进而形成泡沫层；所述的泡沫喷射模块中所述的泡沫发生装置与所述的泡沫喷射装置受所述智能控制模块控制；首先，所述的泡沫发生装置产生泡沫并由所述泡沫喷射装置喷出，泡沫被所述泡沫挡板阻挡，流入所述承装容器内，当泡沫厚度逐渐增加，所述液位计示数达到预定值后，反馈给所述智能控制模块，停止泡沫的产生与喷射。

可选地，所述的泡沫喷射装置可以根据泡沫制备工艺，替换为泡沫注射器等。

可选地，所述的软管可根据泡沫发泡倍数、粘度等参数来调节直径大小与长度。

可选地，所述的泡沫挡板可拆卸，搭配所述的泡沫喷射装置使用时，可保留以满足泡沫喷射的缓释放要求。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的参数测量模块包括液位计、热电偶、辐射监测装置和摄像机，用于监测并记录所述的承装容器内的液层厚度、温度、热流、泡沫层形态和火焰形态及高度变化；所述的液位计位于所述的承装容器内部，用于测量水层、油层和泡沫层厚度；所述的热电偶用于监测水与油界面、油与泡沫界面和泡沫层内部温度，进而表征泡沫的破坏速率；所述的辐射监测装置包括热流计与石英玻璃罩，用于测量泡沫表面处的辐射热流大小，所述的石英玻璃罩覆盖在所述的热流计表面，用于保护所述的热流计；所述的摄相机用于监控泡沫层与火焰形态变化，记录泡沫热稳定性测试结果，并模拟火焰的复燃与扩散过程。

可选地，所述的热电偶可根据不同液位高度沿水平、竖直方向设置多个，从而获得不同深度和位置的温度。

可选地，所述的热流计与所述的石英玻璃罩可根据测试需求沿水平方向设置多个，从而获得不同位置泡沫表面的热流。

可选地，所述的摄像机有利于记录下泡沫层与火焰形态变化，可根据环境亮度与帧数需求更换为高速摄像机、红外摄像机等。

根据发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，所述的智能控制模块能够控制其他模块开关，并实时调节参数大小；首先，所述的智能控制模块控制所述的液体供给模块向所述的矩形承装模块内部供水供油；随后，控制所述的泡沫喷射模块向所述的矩形承装模块内部喷射泡沫；当泡沫层厚度达到预定值后，可选择性控制所述的对流模块和所述的辐射模块开关与功率大小，对泡沫层进行加热；期间，同时控制所述的参数测量模块对所述承装容器内部的温度、热流和图像参数进行测量与记录，并反馈于显示器上。可实现供水供油、泡沫覆盖、对流与辐射耦合作用和实时记录等一系列智能化流程，从而模拟实际火场中泡沫的破坏过程。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置的总体结构示意图。

图2为本发明一个实施例一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置部分重要结构的俯视图。

图3为本发明一个实施例一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置中泡沫喷射模块、辐射模块和对流模块作用后的总体结构示意图。

图4为本发明一个实施例一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置中泡沫喷射模块、辐射模块和对流模块作用后部分重要结构的俯视图。

附图标记：

一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置1000。

矩形承装模块100、承装容器110、石英玻璃111、钢板112、排液阀120、铁网130。

对流模块200、可燃气体钢瓶210、减压阀220、质量流量控制器230、输气管道240、整流装置250、玻璃珠251、石英砂252、火焰260。

辐射模块300、辐射板310、石英玻璃板320、固定装置330、运动装置340、驱动装置341、支架342、导轨343。

液体供给模块400、液体容器410、盛水容器411、盛油容器412、供液管道420、阀门430、泵440。

泡沫喷射模块500、泡沫发生装置510、泡沫喷射装置520、软管530、泡沫挡板540。

参数测量模块600、热电偶610、辐射监测装置620、热流计621、石英玻璃罩622。液位计630、摄像机640。

智能控制模块700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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和简化描述，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。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的一种耦合对流与辐射的泡沫热稳定性测试及复燃过程测量装置。

根据本发明实施例的模拟侧壁对储罐油池火燃烧行为影响的装置1000，见图1，包括：矩形承装模块100、对流模块200、辐射模块300、液体供给模块400、泡沫喷射模块500、参数测量模块600和智能控制模块700。

其中，如图1和图2所示，矩形承装模块100上部敞口，包括承装容器110、排液阀120和铁网130，承装容器110用于承装水、油和泡沫，一侧为石英玻璃111，其余侧面及底面为钢板；排液阀120位于承装容器110底部，用于排出废液；铁网130位于所述承装容器左侧一端，主要用于防止泡沫进入对流模块200。需要说明的是，水层可在承装容器底部110形成低温区，对油层底部进行水封，形成水垫层。

可选地，承装容器110正面可为石英玻璃111，用于观察泡沫及火焰形态，其余侧面及底面可为钢板112，可根据需求调整承装容器110尺寸，以模拟不同尺度的泡沫层破坏与火焰复燃及扩散过程。

参照图1、图2、图3和图4所示，对流模块200位于矩形承装模块100的左侧，主要用于产生高温火焰，通过热对流，破坏矩形承装模块100左侧内部的泡沫，即可模拟在对流影响下泡沫的破坏情况；对流模块200包括可燃气体钢瓶210、减压阀220、质量流量控制器230、输气管道240和整流装置250；整流装置250与输气管道240连接，其下部由玻璃珠251填充，上部由石英砂252填充，石英砂252位于玻璃珠251之上，且分别占整流装置250容积的1/2；实现输出的可燃气体流速均匀、稳定；可燃气体钢瓶210用于提供可燃气体；减压阀220设置在可燃气体钢瓶210上，用于控制可燃气体的输出速率；输气管道240一端与可燃气体钢瓶210相连，一端与整流装置250相连，用以输送可燃气体；质量流量控制器230设置在输气管道240上；点火后，整流装置250上方会产生稳定的火焰，即产生稳定的对流；对流模块200由所述智能控制模块700控制，从而可精确调节可燃气体的输出流量，进而控制火焰的热释放速率，以模拟实际火场中不同燃烧强度的热对流环境。

可选地，可燃气体钢瓶210可承装不同热值的可燃气体，以满足不同对流大小的需求。

可选地，整流装置250内部可由为玻璃珠和石英砂等可以控制气体流速的细小颗粒填充。

结合图1和图2所示，辐射模块300位于矩形承装模块100的上方，可对矩形承装模块100上部施加不同大小的热辐射，用于测试在热辐射影响下，泡沫的热稳定性；辐射模块300包括辐射板310、石英玻璃板320、固定装置330和运动装置340；运动装置包括驱动装置341、支架342和导轨343；石英玻璃板320位于辐射板310下侧，用于防止矩形承装模块100内部燃烧产生的火焰对辐射板310造成破坏；固定装置330将辐射板310和石英玻璃板320固定在运动装置340上，实现辐射板310与矩形承装模块100上表面平行；驱动装置341为辐射模块300的运动提供动力；支架342用于连接固定辐射板310和石英玻璃板320，通过导轨实现辐射板310沿矩形承装模块100沿长边移动，进而实现改变辐射位置，同时，通过驱动装置340也可实现辐射板310的上下移动，即调整辐射板310与承装容器110距离，进而实现调整矩形承装模块100表面的辐射大小；辐射模块300由智能控制模块700控制，用于精准调节辐射板310的辐射大小与位置，从而改变承装容器110内泡沫层实际受到的的辐射大小，以模拟实际火场中不同燃烧强度的热辐射环境。需要说明的是，根据辐射板310位置不同，泡沫层的破坏情况也会随之发生变化，当辐射板310初始位于泡沫层左侧上方并缓慢向右移动时，泡沫层呈现从左到右的破坏趋势，且下方油品在高温影响下，液面与空气直接接触，会被快速点燃，且火焰沿泡沫层破坏方向由左到右传播，直至覆盖整个油品液面。

可选地，辐射板310可采用红外辐射板、气体燃烧板等能够产生热辐射的加热板，可根据具体测试需求进行更换。

可选地，运动装置340可根据不同的辐射位置需求上下左右移动，以保证热辐射可覆盖范围包括整个承装容器的上表面。

在一些具体实例中，结合图3和图4所示，在泡沫层已完全覆盖油层后，对流模块200和辐射模块300可单独或同时运行，并均可调节放热大小。此时，泡沫层会同时受到上方辐射板310施加的热辐射以及左侧火焰260施加的热对流影响，泡沫层破坏及火焰传播速度会随放热大小改变，能够进一步还原实际火场中泡沫的受热情况。

如图1和图2所示，液体供给模块400用于向所述承装容器内供水和供油，包括液体容器410、供液管道420、阀门430和泵440；液体容器410包括盛水容器411和盛油容器412；供液管道420一端与盛水容器411和盛油容器412相连，一端与承装容器110相连；阀门430位于供液管道420上；泵440由智能控制模块控制700，从而控制供液速率；在阀门430打开后，通过调整泵430功率可调节供液速率，当液位达到指定高度时，即关闭泵430，停止供液；液体供给模块400由智能控制模块700控制；首先，通过智能控制模块700控制泵430开启，开始供水，液位计130示数达到预定值后，反馈给智能控制模块700，停止供水；随后智能控制模块700控制泵430开启，开始供油，液位计130示数达到预定值后，反馈给智能控制模块700，停止供油；最后，通过液体供给模块400实现承装容器110内部液体分为一定厚度的水层和油层。

可选地，盛油容器412内存储的油种类可更换，但需要保证油不与水互溶，且密度小于水。

如图3和图4所示，泡沫喷射模块500用于将泡沫喷入承装容器110，包括泡沫发生装置510、软管520、泡沫喷射装置530和泡沫挡板540，泡沫发生装置510用于产生并储存泡沫；软管520一端与泡沫发生装置510连接，一端与泡沫喷射装置530连接，用于输送泡沫；泡沫喷射装置530位于泡沫挡板540右侧，用于喷射泡沫；泡沫挡板540可以阻挡泡沫喷射装置530喷出的泡沫，并使泡沫流入承装容器110中，进而形成泡沫层；泡沫喷射模块500中的泡沫发生装置510与泡沫喷射装置530受智能控制模块700控制；首先，泡沫发生装置510产生泡沫并由泡沫喷射装置530喷出，泡沫被泡沫挡板540阻挡，流入承装容器110内，当泡沫厚度逐渐增加，液位计130示数达到预定值后，反馈给智能控制模块700，停止泡沫的产生与喷射。需要注意的是，泡沫与油品接触后，会发生消泡现象，且泡沫层的坍塌速度会增加。因此，泡沫层厚度不宜过薄，且在停止喷射泡沫后，应尽快开启对流模块200与辐射模块300，防止泡沫层厚度因油品消泡作用减小。

可选地，软管520可根据泡沫发泡倍数、粘度等参数来调节直径大小与长度。

可选地，泡沫喷射装置530可以根据泡沫制备工艺，替换为泡沫注射器等。

可选地，泡沫挡板540可拆卸，搭配泡沫喷射装置530使用时，可保留以满足泡沫喷射的缓释放要求。

如图1和图3所示，参数测量模块600包括热电偶610、辐射监测装置620、液位计630和摄像机640，用于监测并记录承装容器110内的温度、热流、泡沫层形态和火焰形态及高度变化；热电偶610用于监测水与油界面、油与泡沫界面和泡沫层内部温度，进而表征泡沫的破坏速率；辐射监测装置620包括热流计621与石英玻璃罩622，用于测量泡沫表面处的辐射热流大小，石英玻璃罩622覆盖在热流计621表面，用于保护热流计621；液位计630位于承装容器110内部，用于测量水层、油层和泡沫层厚度；摄相机640用于监控泡沫层与火焰形态变化，记录泡沫热稳定性测试结果，并模拟火焰的复燃与扩散过程。

可选地，热电偶610可根据不同液位高度沿水平、竖直方向设置多个，从而获得不同深度和位置的温度。

可选地，热流计621与石英玻璃罩622可根据测试需求沿水平方向设置多个，从而获得不同位置泡沫表面的热流。

可选地，摄像机640可记录泡沫层与火焰形态变化，可根据环境亮度与帧数需求更换为高速摄像机、红外摄像机等。

结合图1和图3所示，智能控制模块700对其他各模块进行控制，智能控制模块700能够控制其他模块开关，并实时调节参数大小；首先，智能控制模块700控制液体供给模块400向矩形承装模块100内部供水供油；随后，控制泡沫喷射模块500向矩形承装模块100内部喷射泡沫；当泡沫层厚度达到预定值后，可选择性控制对流模块200和辐射模块300开关与功率大小，对泡沫层进行加热；期间，同时控制参数测量模块600对承装容器110内部的温度、热流和图像参数进行测量与记录，并反馈于显示器上。可实现供水供油、泡沫覆盖、对流与辐射耦合作用和实时记录等一系列智能化流程，从而模拟实际火场中泡沫的破坏过程。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置。

根据本发明实施例的一种基于全液面储罐火灾内外流场信息的智能高效灭火的方法，包括以下步骤：

步骤S1、测试前，液体供给模块400向矩形承装模块100内部供水、供油，当液位计630示数达到预定值时停止，形成一定厚度的水层和油层。

步骤S2、泡沫发生装置510产生泡沫，并由泡沫喷射装置530喷出，泡沫被泡沫挡板540阻挡后缓慢流下，当液位计630示数达到预定值时停止，在油层上方形成一定厚度的稳定泡沫层。

步骤S3、对流模块200产生的火焰260用于模拟热对流，辐射板310用于模拟热辐射，对流模块200和辐射模块300单独或同时运行，且根据测试需求将对流与辐射强度调节至预定值，可模拟仅对流、仅辐射或对流-辐射耦合作用下泡沫层的破坏及燃烧复燃过程。

步骤S4、开启液位计630、热电偶610、辐射监测装置620和摄像机640，分别记录液位高度、温度、热流和火焰数据，并向智能控制模块700反馈，实现对水层、油层和泡沫层的控制，同时参数测量模块600也记录泡沫破坏时间、火焰蔓延速度等与泡沫热稳定性相关的关键参数，用于评估泡沫稳定性和燃烧复燃过程。

步骤S5、测量完成后，通过排液阀120排出废液。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置1000及泡沫热稳定性测试原理对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于：所述的装置由矩形承装模块、辐射模块、对流模块、液体供给模块、泡沫喷射模块、参数测量模块和智能控制模块组成；

所述的矩形承装模块上部敞口，包括承装容器、排液阀和铁网，所述的承装容器用于承装水、油和泡沫；所述的排液阀位于所述的承装容器底部，用于排出废液；所述的铁网位于所述承装容器左侧一端，主要用于防止泡沫进入所述的对流模块；

所述的对流模块位于所述矩形承装模块的一端，主要用于产生高温火焰，通过热对流，破坏所述矩形承装模块内部的泡沫，即可模拟在对流影响下泡沫的破坏情况；所述的对流模块包括可燃气体钢瓶、减压阀、质量流量控制器、输气管道和整流装置；所述的可燃气体钢瓶用于提供可燃气体；所述的减压阀设置在所述的可燃气体钢瓶上，用于控制可燃气体的输出速率；所述的输气管道一端与所述可燃气体钢瓶相连，一端与所述整流装置相连，用以输送可燃气体；所述的质量流量控制器设置在所述输气管道上；所述的整流装置与所述输气管道连接，内部由细小颗粒填充，实现输出的可燃气体的流速均匀、稳定；点火后，所述的整流装置上方会产生稳定的火焰，即产生稳定的热对流；

所述的辐射模块位于所述矩形承装模块的上方，可对所述矩形承装模块上部施加不同大小的热辐射，用于测试在热辐射影响下，泡沫的热稳定性；所述的辐射模块包括辐射板、石英玻璃板、固定装置和运动装置；所述的石英玻璃板位于所述辐射板下侧，用于防止所述的矩形承装模块内部燃烧产生的火焰对所述辐射板造成破坏；所述的固定装置将所述辐射板和所述石英玻璃板固定在所述运动装置上，实现所述辐射板与所述矩形承装模块上表面平行运动；所述的运动装置包括驱动装置、支架和导轨；所述的驱动装置为所述辐射模块的运动提供动力；所述的支架用于连接固定所述的辐射板和石英玻璃板，通过所述的导轨实现辐射板沿所述矩形承装模块长边移动，进而实现改变辐射位置，同时，通过所述的驱动装置也可实现所述辐射板的上下移动，即调整所述的辐射板与所述承装容器的距离，实现调整所述矩形承装模块内部泡沫层表面的辐射大小；

所述的液体供给模块用于向所述承装容器内供水和供油，包括液体容器、供液管道、阀门和泵；所述的供液管道一端与所述盛水容器和所述盛油容器相连，一端与所述承装容器相连；所述的阀门位于所述供液管道上；所述的泵由所述智能控制模块控制，从而控制供液速率；在阀门打开后，通过调整所述的泵功率可调节供液速率，当液位达到指定高度时，即关闭所述的泵，停止供液；

所述的泡沫喷射模块用于将泡沫喷入所述的承装容器，包括泡沫发生装置、软管、泡沫喷射装置和泡沫挡板，所述的泡沫发生装置用于产生并储存泡沫；所述的软管一端与所述泡沫发生装置连接，一端与所述泡沫喷射装置连接，用于输送泡沫；所述的泡沫喷射装置位于所述泡沫挡板右侧，用于喷射泡沫；所述的泡沫挡板可以阻挡所述泡沫喷射装置喷出的泡沫，并使泡沫流入所述承装容器中，进而形成稳定的泡沫层；

所述的参数测量模块包括液位计、热电偶、辐射监测装置和摄像机，用于测量和监测并记录所述的承装容器内的液层厚度、温度、热流、泡沫层形态和火焰形态及高度变化；

所述的智能控制模块根据所述的参数测量模块实现对液体供给模块、泡沫喷射模块、热流模块、辐射模块等，实现模拟泡沫层分别在辐射、对流和辐射-对流耦合作用下破坏过程，进而确定泡沫的稳定性，同时，也可实现液体复燃过程的动态展示。

2.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的矩形承装模块上端开口，其中一个侧面为所述石英玻璃，可用于观察泡沫及火焰形态，其余侧面及底面为所述钢板。

3.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的对流模块由所述智能控制模块控制，从而可精确调节可燃气体的输出流量，进而控制火焰的热释放速率，以模拟实际火场中不同燃烧强度的热对流环境。

4.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的辐射模块由所述智能控制模块控制，用于精准调节所述辐射板的辐射大小与位置，从而改变所述承装容器内泡沫层实际受到的的辐射大小，以模拟实际火场中不同燃烧强度的热辐射环境。

5.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述液体供给模块为所述承装容器供给液体，由所述的智能控制模块控制；首先，通过所述的智能控制模块控制所述泵开启，开始供水，所述液位计示数达到预定值后，反馈给所述智能控制模块，停止供水；随后所述的智能控制模块控制所述泵开启，开始供油，所述液位计示数达到预定值后，反馈给所述的智能控制模块，停止供油；最后，通过所述的液体供给模块实现所述的承装容器内部液体分为一定厚度的水层和油层。

6.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的泡沫喷射模块中所述的泡沫发生装置与所述的泡沫喷射装置受所述智能控制模块控制；首先，所述的泡沫发生装置产生泡沫并由所述泡沫喷射装置喷出，泡沫被所述泡沫挡板阻挡，流入所述承装容器内，当泡沫厚度逐渐增加，所述液位计示数达到预定值后，反馈给所述智能控制模块，停止产生泡沫。

7.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的摄相机用于监控泡沫层与火焰形态变化，记录泡沫热稳定性测试结果，并模拟燃烧复燃过程；所述的液位计位于所述的承装容器内部，用于测量水层、油层和泡沫层厚度；所述的热电偶用于监测水与油界面、油与泡沫界面和泡沫层内部温度，进而表征泡沫的破坏速率；所述的辐射监测装置包括热流计与石英玻璃罩，用于测量泡沫表面处的辐射热流大小，所述的石英玻璃罩覆盖在所述的热流计表面，用于保护所述的热流计。

8.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的智能控制模块能够控制其他模块开关，并实时调节参数大小；首先，所述的智能控制模块控制所述的液体供给模块向所述的矩形承装模块内部供水供油；随后，控制所述的泡沫喷射模块向所述的矩形承装模块内部喷射泡沫；当泡沫层厚度达到预定值后，可选择性控制所述的对流模块和所述的辐射模块开关与功率大小，对泡沫层进行加热；期间，同时控制所述的参数测量模块对所述承装容器内部的温度、热流和图像参数进行测量与记录，并反馈于显示器上。可实现供水供油、泡沫覆盖、对流与辐射耦合作用和实时记录等一系列智能化流程，从而模拟实际火场中泡沫的破坏过程。

9.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于所述的对流模块和所述的辐射模块可单独或同时开启，从而模拟热对流、热辐射和对流辐射耦合场景下泡沫的破坏过程及液体燃烧复燃过程；调节所述的对流模块和所述的辐射模块对所述承装容器的对流与辐射比例，可模拟各类火灾场景下，泡沫的受热环境。

10.根据权利要求1所述的一种对流与辐射耦合的泡沫热稳定性测试及复燃装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：测试前，液体供给模块向矩形承装模块内部供水、供油，形成一定厚度的水层和油层；

步骤S2：泡沫喷射模块喷射泡沫，在油层上方形成一定厚度的稳定泡沫层；

步骤S3：对流模块和辐射模块单独或协同运作，对泡沫层施加热对流和热辐射，模拟对流、辐射或对流-辐射耦合作用下泡沫层的破坏过程及燃烧复燃过程；

步骤S4：参数测量模块记录液位高度、温度、热流和火焰数据，并向智能控制模块反馈，实现对水层、油层和泡沫层的控制，同时参数测量模块也记录泡沫破坏时间、火焰蔓延速度等与泡沫热稳定性相关的关键参数，用于评估泡沫稳定性和燃烧复燃过程；

步骤S5：测量完成后，通过排液阀排出废液。