CN204405620U - 一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，该装置包括由变频漩涡风机、涡街流量计、小型风洞、雾化装置、喷雾器支架构成的氧化剂流定量供给和输运系统，由柱状多孔燃烧器、自动配气系统构成的可燃气体定量供给和输运系统，由细水雾与火焰作用观察装置、火焰温度测量装置和凝聚相粒径、速度测量装置构成的表征系统，数据采集和远程控制系统。本实用新型实现了空气和可燃气体的定量供给，液相灭火剂粒径分布、释放量和添加剂浓度的可调性，滞止点附近温度、颗粒粒径和速度的表征。该装置可用于：1)筛选高效的细水雾添加剂，定量评估添加剂种类、浓度等对于特定火焰的灭火有效性；2)研究凝聚相灭火剂与火焰作用的物理和化学机理。
Description
技术领域
本实用新型涉及火灾安全技术领域，具体涉及一种含添加剂细水雾灭火有效性评估实验装置。
背景技术
细水雾是一种清洁高效的灭火剂，其主要的灭火机理是冷却、隔绝氧气和衰减辐射。为了提高细水雾的灭火性能，一些物理和化学添加剂被用于改善细水雾的雾化特性、润湿特性、火焰化学抑制特性等。然而，含有不同成分添加剂的细水雾抑制和熄灭火焰的性能不同，需要对添加剂影响细水雾灭火能力的因素进行定量表征，研究水雾与火焰的作用机理，从而筛选出高效的细水雾添加剂。
目前人们评估灭火剂抑制熄灭火焰能力时通常采用杯式燃烧器、平面对冲火焰燃烧器、缩尺寸或全尺寸模拟试验、爆炸球、激波管、火焰燃烧管等装置或方法，其中杯式燃烧器、平面对冲火焰燃烧器和缩尺寸或全尺寸模拟试验可用于评估灭火剂与扩散火焰作用的研究，爆炸球、激波管和火焰燃烧管适用于评估灭火剂与预混火焰作用的研究。在一般火灾中，扩散火焰是更为常见的形式，因此前者的试验结果更能反映灭火剂抑制熄灭一般火灾的能力。国际上涉及杯式燃烧器的标准有许多，诸如NFPA 2001(Standard on Clean Agent FireExtinguishing Systems)、ISO 14520-Part 1(Gaseous fire-extinguishing systems-Physicalproperties and system design)。杯式燃烧器的火焰是同轴扩散火焰，杯口上部形成的反应核心是火焰稳定的关键。但是，标准中规定的杯式燃烧器只适用于评估气态灭火剂的灭火性能，对于凝聚相灭火剂的适用性没有规定。中国科学技术大学博士学位论文(20060401)“多组分细水雾与扩散火焰相互作用的模拟研究”中介绍了利用杯式燃烧器研究细水雾与火焰作用的方法，但是该方法存在光学测量困难、壁面损失严重、水雾定量困难、消耗量大的缺点，不适用于筛选细水雾添加剂。平面对冲火焰燃烧器中可燃气流和载有灭火剂的氧化剂流逆向流动，形成平面对冲火焰。虽然该燃烧器能定量控制凝聚相灭火剂释放量、表征凝聚相灭火剂的粒径分布，但是平面对冲火焰需要高精密的燃烧器定位系统和高稳定的气体输运系统，难以运用于普通实验室；该方法中可燃气和压缩空气消耗量大，成本高。缩尺寸或全尺寸模拟试验难以提供精确的定量数据，而且试验成本大，不适用于灭火剂的筛选。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种含添加剂细水雾灭火有效性评估实验装置，为筛选高效的细水雾添加剂和研究含添加剂细水雾与火焰作用的物理和化学机理提供条件保障。采用本实用新型可实现不同添加剂成分和浓度、不同细水雾释放量和粒径分布、不同的可燃气体组分和流量、不同空气流量下含添加剂细水雾灭火实验的定量表征，筛选出高效的细水雾添加剂，可用于研究水雾与火焰作用的物理和化学机理，也可用于研究含添加剂的单个水滴的传热传质机理。
本实用新型为实现上述目的所采取的技术方案是：一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，包括氧化剂流定量供给和输运系统，可燃气体定量供给和输运系统，表征系统，数据采集和计算机远程控制系统四部分，氧化剂流定量供给和输运系统包括变频漩涡风机、涡街流量计、小型风洞、雾化装置、喷雾器支架，可燃气体定量供给和输运系统包括柱状多孔燃烧器、自动配气系统，表征系统包括细水雾与火焰作用观察装置、火焰温度测量装置和凝聚相颗粒粒径、速度测量装置，所述的变频漩涡风机通过波纹管与涡街流量计的入口直管连接，涡街流量计的出口直管通过波纹管与小型风洞的入口连接，所述的小型风洞包括过渡段、弯管段、扩散段、阻尼段、凝聚相引入段、静流段和收缩段，它们从下至上依次用法兰连接，在过渡段和弯管段连接处、弯管段与扩散段连接处均设有蜂窝器，阻尼段全段设有蜂窝器且其与扩散段、凝聚相引入段的法兰连接面处夹装有阻尼网，凝聚相引入段一对侧面上开口用于安装喷雾器支撑架，支撑架上等距设有三个喷雾器固定卡扣，喷雾器为同心石英两相流雾化器，空气进口和液体进口分别通过软管和转子流量计和注射泵连接，静流段和细水雾与火焰作用观察装置之间用移轴维氏收缩段连接，凝聚相引入段和静流段材质为PMMA以用于观察喷雾器雾化情况，收缩段材质为不锈钢，外表面贴有恒温加热片，所述的细水雾与火焰作用观察装置与收缩段用法兰连接，观察装置法兰盘上设有螺纹孔用于固定燃烧器固定支架和升降器固定底座，观察装置四个镂空侧面设有凹槽用于夹装光学石英玻璃片，在燃烧器固定支架一侧的石英玻璃片上开有圆孔用于安装柱状多孔燃烧器，柱状多孔燃烧器通过快插式接口与自动配气系统相连接，所述的火焰温度测量装置的热电偶丝对焊点置于观察窗内的柱状多孔燃烧器正下方，通过悬臂与垂直位移升降器连接，所述的凝聚相颗粒粒径、速度测量装置由同步控制器、相机、激光光源构成，相机镜头和激光光源中心点的连线和所述的柱状多孔燃烧器的中轴线平行且位于其正下方，所述的数据采集和计算机远程控制系统与变频漩涡风机、涡街流量计、注射泵、自动配气系统、火焰温度测量装置、凝聚相颗粒粒径、速度测量装置相连。
其中，所述的柱状多孔燃烧器包括多孔燃烧头、无机陶瓷薄层、燃烧器底座，其中多孔燃烧头半外圆柱面涂覆有光滑的耐高温无机陶瓷薄层，多孔燃烧头与燃烧器底座通过螺纹连接，在燃烧器底座上设有两个螺纹孔，分别安装快插直通接头和螺纹固定式热电偶。
其中，所述的雾化装置包括石英玻璃同心雾化器、高精密注射泵、玻璃转子流量计，石英玻璃同心雾化器固定在喷雾器支架上，进液管与进气管分别穿过喷雾器支架端子上的通孔与注射泵和玻璃转子流量计连接。
其中，喷雾器支架包括一个带有三个卡扣的圆柱形支撑架和两个侧面滚花的密封端子，支撑架两端有外螺纹用于与两个密封端子连接，密封端子上设有与进水管和进气管管径相适应的通孔。
其中，火焰温度测量装置包括升降器固定座，升降器，连接杆固定座、悬臂，陶瓷管，R型对焊热电偶裸丝，升降器固定座钳口部分紧固于观察装置与收缩段的法兰盘上，升降器固定于升降台固定座上，连接杆固定座连接悬臂和升降器的滑块，悬臂一端有通孔，陶瓷管插入通孔固定于悬臂上，对焊热电偶裸丝穿过陶瓷管，通过补偿导线连接至数据采集系统。
本实用新型的优点在于：
本实用新型实验装置细水雾与火焰作用观察装置四侧均采用石英玻璃，有利于用高速摄像机、纹影系统、PIV、红外摄像机等设备得到细水雾与火焰作用的瞬态过程、速度场分布、温度分布等信息。当将喷雾装置和注射泵替换为固体或气体灭火剂进样装置，本实用新型实验装置可用于研究固体和气体灭火剂灭火的机理、筛选高效的固体和气体灭火剂。当把柱状燃烧器替换成导线、PMMA柱等固体时，本实用新型实验装置还可以研究细水雾熄灭固相燃烧的机理。由于本实用新型能够在观察段提供速度均一、定量、可变的空气流，因此可以取下柱状燃烧器并堵上玻璃窗上的圆口，利用注射泵产生单颗液滴并悬挂在观察段中，采用红外热像仪观察液滴表面的温度变化，从而研究单颗液滴的传热与传质过程。
与杯式燃烧器圆柱型观察窗相比，本实验装置观察段采用相互平行的石英玻璃观察窗，克服了图像透过柱面石英玻璃的畸变；与杯式燃烧器液相灭火剂容易在壁面和阻尼网上凝结相比，本实验装置中凝聚相引入段和静流段横截面积大，水雾受同向气流带动后不易在壁面凝结，收缩段恒温处理所形成的热边界层也进一步防止了液相灭火剂在壁面上的损失；与杯式燃烧器灭火剂增大灭火剂浓度达到灭火临界点的方法相比，本实验装置采用增大空气流速的方法达到灭火临界点，克服了灭火剂消耗量大的缺点。与平面对冲火焰燃烧器相比，本实验装置采用小型风洞和柱状多孔燃烧器分别提供均匀、稳定的氧化剂和可燃气对冲气流，避免使用高精度定位系统和高稳定气体输送系统；本实验装置中空气源通过变频漩涡风机提供，克服了平面对冲火焰燃烧器压缩空气消耗量大的缺点。与缩尺寸或全尺寸模拟试验相比，本实验装置的试验成本低，并且克服了液相灭火剂精确定量难、粒径分布不可控的缺点。
附图说明
图1是本实验装置结构示意图；
图2是柱状多孔燃烧器结构示意图；
图3是雾化装置及喷雾器支架结构示意图；
图4是火焰温度测量装置结构示意图；
图5是自动配气系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
参照图1，含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，包括氧化剂流定量供给和输运系统，可燃气体定量供给和输运系统，表征系统，数据采集和计算机远程控制系统四部分，氧化剂流定量供给和输运系统包括变频漩涡风机1、涡街流量计2、小型风洞3、雾化装置4、喷雾器支架5，可燃气体定量供给和输运系统包括柱状多孔燃烧器6、自动配气系统7，表征系统包括细水雾与火焰作用观察装置8、火焰温度测量装置9和凝聚相颗粒粒径测量装置10，变频漩涡风机1通过一寸波纹管与涡街流量计2的0.3米进口直管连接，涡街流量计2采用DN25的法兰盘接入管道，与其相连的出口管道采用1寸波纹管与风洞入口连接，小型风洞3包括过渡段3-1、弯管段3-2、扩散段3-3、阻尼段3-4、凝聚相引入段3-5、静流段3-6和收缩段3-7，其中过渡段3-1入口直径25毫米、出口直径125毫米、长600毫米，90度弯管段3-2横截面直径为125毫米，扩算段3-3为方转圆异径接头，其圆口直径125毫米、方口边长250毫米、高150毫米，阻尼段3-4、凝聚相引入段3-5、静流段3-6横截面为边长250毫米的正方形，高分别为80毫米，330毫米和120毫米，收缩段3-7收缩曲线采用移轴维氏曲线，入口横截面为边长250毫米的正方形，出口横截面为边长分别为40毫米和120毫米的矩形，以上各段通过法兰自下至上依次连接，在过渡段3-1和弯管段3-2连接处、弯管段3-2与扩散段3-3连接处均设有蜂窝器，阻尼段3-4全段设有蜂窝器且其与扩散段3-3、凝聚相引入段3-5的法兰连接面处分别夹装有8目和12目的阻尼网，空气进入凝聚相引入段3-5后湍流度降低，凝聚相引入段3-5一对侧面上开有直径25毫米的圆口用于安装喷雾器支撑架5，支撑架5上等距设有三个喷雾器固定卡扣，喷雾器4-1为同心石英两相流雾化器，由喷雾器4-1产生的水雾与同向流动的空气流混合，经过静流段3-6后水雾与空气的速度差基本消失，静流段3-6和细水雾与火焰作用观察装置8之间用收缩段3-7连接，连接方式为法兰连接，水雾与空气组成的氧化剂流通过收缩段3-7后在收缩段出口形成基本均一的速度场，收缩段3-7材质为不锈钢，外表面贴有恒温加热片，用于形成热边界层以减少液滴在表面的凝并，细水雾与火焰作用观察装置8材质为发黑铝，四个镂空侧面设有凹槽用于夹装长235.6毫米、厚4.8毫米、宽分别为105.6毫米和25.6毫米的光学石英玻璃片8-2，四侧面所围成的腔体横截面积为长120毫米、宽40毫米的矩形，在宽为105.6毫米的一侧石英玻璃上开有直径为31毫米的圆孔用于安装柱状多孔燃烧器6，观察装置8法兰盘上设有M5*0.8螺纹孔分别用于固定铝制燃烧器固定支架8-1和火焰温度测量装置9，凝聚相颗粒粒径、速度测量装置10由同步控制器、相机、激光光源构成，相机镜头和激光光源中心点的连线和所述的柱状多孔燃烧器6的中轴线平行且位于其正下方，利用阴影法的原理可测量滞止点及上下不同位置处颗粒粒径的分布和速度场，数据采集和计算机远程控制系统11与变频漩涡风机(1)、涡街流量计2、注射泵4-2、自动配气系统7、火焰温度测量装置9、凝聚相颗粒粒径、速度测量装置10相连。
参照图2，柱状多孔燃烧器6包括不锈钢多孔燃烧头6-1、无机陶瓷薄层6-2、不锈钢燃烧器底座6-3，其中多孔燃烧头6-1直径为30毫米，末端有高1毫米的突台，多孔燃烧头6-1中部为宽20毫米的由多层金属编织丝网组成的最小孔径为30μm的多孔网，其上半外圆柱面涂覆有光滑的耐高温陶瓷薄层6-2，多孔燃烧头6-1与燃烧器底座6-3通过M24*1的螺纹连接，在燃烧器底座上设有两个M5*0.8、M8*1.25的螺纹孔，分别用于安装快插直通接头和螺纹固定式热电偶，快插直通接头和自动配气系统7混合腔出口之间用四氟管连接，螺纹固定式K型热电偶与数据采集系统连接，可燃气体在多孔燃烧头腔体6-1内形成一定静压，通过多孔燃烧头6-1下半圆柱面均匀地流出，燃烧头内可燃气体的温度由固定式K型热电偶测得。
参照图3，雾化装置4包括石英玻璃同心雾化器4-1、高精密注射泵4-2、玻璃转子流量计4-3、针型阀4-4，喷雾器支架5包括一个带有三个卡扣的直径15毫米的圆柱支撑架5-1和两个侧面滚花的密封端子5-2，支撑架5-1两端有M11*1.5外螺纹用于与两个密封端子5-2连接，密封端子5-2上设有两个直径5毫米的通孔，石英玻璃同心雾化器4-1固定在喷雾器支架5-1上，进气管与进液管分别通过喷雾器支架端子5-2上的通孔与注射泵4-2和玻璃转子流量计4-3连接，雾化气流可通过针型阀4-4控制。
参照图4，火焰温度测量装置9包括升降器固定座9-1，升降器9-2，连接杆固定座9-3、悬臂9-4，陶瓷管9-5，R型对焊热电偶裸丝9-6，升降器固定座9-1钳口部分通过两个M5*0.8的星型把手紧固于观察装置8与收缩段3-7的法兰盘上，升降器9-2通过4个M6*1螺钉固定于升降器固定座9-1上，连接杆固定座9-3通过4个M5*0.8的螺钉固定在升降器9-2的滑块上，并利用3个M3*0.5螺钉固定住悬臂直径10毫米的一端，倒U形悬臂9-4另一端直径2毫米，其底端设有直径1.2毫米通孔，直径1毫米双孔刚玉管9-5插入通孔并固定于悬臂上，50μm对焊热电偶裸丝9-6穿过刚玉管9-5，通过补偿导线连接至数据采集系统，升降器9-2可由计算机控制，最小精度0.01毫米，通过控制升降器滑块可以对不同位置的火焰温度进行测量。
参照图5，自动配气系统7通过计算机控制，主要由储气瓶、高精度质量流量计、预混腔、控制电路等组成，实验气体气瓶通过阀门分别与3台质量流量计相连，通过流量计的气体汇集到预混腔体中均匀混合。初始预混气体的浓度不稳定，可通过关闭主管道阀门、打开旁通管道阀门排出管路，当自动配气系统7显示可燃气浓度稳定时，关闭旁通阀门打开主管道阀门。
本实用新型未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，其特征在于：包括氧化剂流定量供给和输运系统，可燃气体定量供给和输运系统，表征系统，数据采集和计算机远程控制系统四部分，氧化剂流定量供给和输运系统包括变频漩涡风机(1)、涡街流量计(2)、小型风洞(3)、雾化装置(4)、喷雾器支架(5)，可燃气体定量供给和输运系统包括柱状多孔燃烧器(6)、自动配气系统(7)，表征系统包括细水雾与火焰作用观察装置(8)、火焰温度测量装置(9)和凝聚相颗粒粒径、速度测量装置(10)，所述的变频漩涡风机(1)通过波纹管与涡街流量计(2)的入口直管连接，涡街流量计(2)的出口直管通过波纹管与小型风洞(3)的入口连接，所述的小型风洞(3)包括过渡段(3-1)、弯管段(3-2)、扩散段(3-3)、阻尼段(3-4)、凝聚相引入段(3-5)、静流段(3-6)和收缩段(3-7)，它们从下至上依次用法兰连接，在过渡段(3-1)和弯管段(3-2)连接处、弯管段(3-2)与扩散段(3-3)连接处均设有蜂窝器，阻尼段(3-4)全段设有蜂窝器且其与扩散段(3-3)、凝聚相引入段(3-5)的法兰连接面处夹装有阻尼网，凝聚相引入段(3-5)一对侧面上开口用于安装喷雾器支撑架(5)，支撑架(5)上等距设有三个喷雾器固定卡扣，喷雾器(4-1)为同心石英两相流雾化器，空气进口和液体进口分别通过软管和转子流量计(4-3)和注射泵(4-2)连接，静流段(3-6)和细水雾与火焰作用观察装置(8)之间用移轴维氏收缩段(3-7)连接，凝聚相引入段(3-5)和静流段(3-6)材质为PMMA以用于观察喷雾器雾化情况，收缩段(3-7)材质为不锈钢，外表面贴有恒温加热片，所述的细水雾与火焰作用观察装置(8)与收缩段(3-7)用法兰连接，观察装置(8)法兰盘上设有螺纹孔用于固定燃烧器固定支架(8-1)和升降器固定底座(9-1)，观察装置(8)四个镂空侧面设有凹槽用于夹装光学石英玻璃片(8-2)，在燃烧器固定支架(8-1)一侧的石英玻璃片(8-2)上开有圆孔用于安装柱状多孔燃烧器(6)，柱状多孔燃烧器(6)通过快插式接口与自动配气系统(7)相连接，所述的火焰温度测量装置(9)的热电偶丝对焊点置于观察窗内的柱状多孔燃烧器正下方，通过悬臂与垂直位移升降器连接，所述的凝聚相颗粒粒径、速度测量装置(10)由同步控制器、相机、激光光源构成，相机镜头和激光光源中心点的连线和所述的柱状多孔燃烧器的中轴线平行且位于其正下方，所述的数据采集和计算机远程控制系统与变频漩涡风机(1)、涡街流量计(2)、注射泵(4)、自动配气系统(7)、火焰温度测量装置(9)、凝聚相颗粒粒径、速度测量装置(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，其特征在于：所述的柱状多孔燃烧器(6)包括多孔燃烧头(6-1)、无机陶瓷薄层(6-2)、燃烧器底座(6-3)，其中多孔燃烧头(6-1)半外圆柱面涂覆有光滑的耐高温无机陶瓷薄层(6-2)，多孔燃烧头(6-1)与燃烧器底座(6-3)通过螺纹连接，在燃烧器底座上设有两个螺纹孔，分别安装快插直通接头和螺纹固定式热电偶。
3.根据权利要求1所述的一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，其特征在于：所述的雾化装置(4)包括石英玻璃同心雾化器(4-1)、高精密注射泵(4-2)、玻璃转子流量计(4-3)，石英玻璃同心雾化器(4-1)固定在喷雾器支架(5)上，进液管与进气管分别穿过喷雾器支架端子(5-2)上的通孔与注射泵(4-2)和玻璃转子流量计(4-3)连接。
4.根据权利要求1所述的一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，其特征在于：喷雾器支架(5)包括一个带有三个卡扣的圆柱形支撑架(5-1)和两个侧面滚花的密封端子(5-2)，支撑架(5-1)两端有外螺纹用于与两个密封端子(5-2)连接，密封端子(5-2)上设有与进水管和进气管管径相适应的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种含添加剂细水雾灭火有效性评估的实验装置，其特征在于：火焰温度测量装置(9)包括升降器固定座(9-1)，升降器(9-2)，连接杆固定座(9-3)、悬臂(9-4)，陶瓷管(9-5)，R型对焊热电偶裸丝(9-6)，升降器固定座(9-1)钳口部分紧固于观察装置(8)与收缩段(3-7)的法兰盘上，升降器(9-2)固定于升降台固定座(9-1)上，连接杆固定座(9-3)连接悬臂(9-4)和升降器(9-2)的滑块，悬臂(9-4)一端有通孔，陶瓷管(9-5)插入通孔固定于悬臂上，对焊热电偶裸丝(9-6)穿过陶瓷管(9-5)，通过补偿导线连接至数据采集系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150617 Effective date of abandoning: 20161012 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |