CN216525630U - 研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种适用于研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，包括：油池火模拟系统，包括油池模块，所述油池模块包括用于容纳燃料的油池、以及可拆卸地密封安装在所述油池上的套筒，以通过更换不同的套筒模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况；热反馈测量系统，适用于获取所述油池模块中油池火的燃烧数据，所述燃烧数据包括燃料质量消耗速率、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布、以及油池火的火焰形态中的至少一个；以及数据采集系统，与所述热反馈测量系统通信连接，适用于采集所述燃烧数据。
Description
技术领域
本实用新型涉及油池火燃烧与火灾安全技术领域，尤其涉及一种研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置。
背景技术
随着社会的发展，全球对于液体燃料的需求与日俱增，与此同时，液体燃料在生产、储存和运输过程中由于操作不当或防范到位导致火灾事故频发。液体燃烧引发的火灾事故，通常在一定边界限制下燃烧，这在火灾研究领域通常被抽象地称为油池火。油罐火是典型的油池火案例。在实际的油池火的发展过程中，随着燃烧的进行、油罐内的燃料液位逐渐降低。此时，燃料表面距离油池上边缘的距离不断增大，即空缺高度逐渐增大。空缺高度影响下油池火燃烧行为将会发生显著变化，这给当前基于经典油池火(通常不考虑空缺高度影响)模型进行的火灾危险性评估、应急响应和消防管控带来不确定性。深入分析空缺高度影响下的油池火燃烧行为，对提高工业火灾安全监测和防控具有极其重要的理论价值和实践意义。
实用新型内容
为克服上述至少一种技术问题，本实用新型的实施例提供了一种研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况，获取不同空缺高度影响下的油池火燃烧数据。
本实用新型的实施例提供了一种适用于研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，包括：油池火模拟系统，包括油池模块，所述油池模块包括用于容纳燃料的油池、以及可拆卸地密封安装在所述油池上的套筒，以通过更换不同的套筒模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况；热反馈测量系统，适用于获取所述油池模块中油池火的燃烧数据，所述燃烧数据包括燃料质量消耗速率、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布、以及油池火的火焰形态中的至少一个；以及数据采集系统，与所述热反馈测量系统通信连接，适用于采集所述燃烧数据。
在一种可能实施的方式中，所述油池火模拟系统还包括：储存装置，适用于储存所述燃料；以及输送管道，连接在所述储存装置和油池模块之间，以保持所述油池内的燃料液面高度稳定。
在一种可能实施的方式中，所述热反馈测量系统包括：计量装置，设置在所述储存装置下部，以测量所述储存装置的质量，从而获得所述燃料质量消耗速率。
在一种可能实施的方式中，所述油池与所述套筒的安装部包括嵌套接口，嵌套接口为相互配合的阶梯凹槽与阶梯凸台。
在一种可能实施的方式中，所述热反馈测量系统还包括：多个辐射热流测量模块，依次设置于燃料表面不同径向位置，适用于测量不同空缺高度条件下燃料表面径向辐射热反馈分布，其中，相邻的两个辐射热流测量模块的几何中心在径向方向上间隔大约为30毫米。
在一种可能实施的方式中，每个所述辐射热流测量模块包括透明罩体、以及设置在所述透明罩体内的辐射热流计，其中，所述辐射热流计的传感元件与所述燃料的液面平齐。
在一种可能实施的方式中，所述热反馈测量系统还包括温度测量模块，适用于测量燃料和油池壁面温度分布，所述温度测量模块包括：多个油池壁温度传感器，在所述燃料的液面之下分别设置在所述油池的侧壁内的不同高度上，以分别测量所述侧壁在不同高度的温度；以及多个燃料温度传感器，分别与所述油池壁温度传感器相对应，离开所述油池壁设置在所述燃料的不同高度上，以分别测量所述燃料在不同高度的温度。
在一种可能实施的方式中，每个所述油池壁温度传感器和相应的燃料温度传感器设置在相同的径向方向上和相同的高度上。
在一种可能实施的方式中，所述数据采集系统还包括：至少一个视频采集模块，设置在所述油池模块的外围，适用于采集油池中油池火的火焰形态。
在一种可能实施的方式中，至少一个所述视频采集模块间隔设置于油池模块直径延长线上，其中，每个视频采集模块与所述油池的外缘之间的距离大约为所述油池直径的4.5倍。
本实用新型的研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，可以模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况，获取不同空缺高度影响下的油池火燃烧数据，为科学分析和评估不同空缺高度条件下的油池火热危害以及制定更高效的油池火灭火措施提供数据依据和技术支持。
附图说明
图1为本实用新型实施例的研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置的示意图；
图2为本实用新型实施例的油池与套筒的安装示意图；
图3为本实用新型实施例的辐射热流测量模块的设置方式示意图；
图4为本实用新型实施例的辐射热流测量模块的结构示意图；以及
图5为本实用新型实施例的温度测量模块的设置方式示意图。
【附图中符号说明】
1-油池模块；
2-视频采集模块；
3-计量装置；
4-储存装置；
5-输送管道；
6-辐射热流测量模块；
7-温度测量模块；
71-油池壁温度传感器；
72-燃料温度传感器；
8-油池；
9-套筒；
10-辐射热流计；
11-透明罩体；
12-燃料；以及
13-燃料进口。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本实用新型的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本实用新型实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。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实用新型的概念。
热反馈是油类火灾中非常重要参数，决定了油池火燃料的蒸发速度，进而对火焰形态特征、对外热辐射等关键参数造成影响。因此，有必要建立相关燃烧实验装置，开展不同空缺高度影响下的油池火燃烧实验，获得燃料质量消耗速率、火焰形态特征、燃料表面不同位置接受到的辐射热反馈、油池壁面和燃料之间的传导热反馈的演化，对于制定科学、高效的灭火措施等具有指导意义。
本实用新型的一种研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况，获取不同空缺高度影响下的油池火燃烧数据。
根据本实用新型总体上的构思，提供一种研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，包括：油池火模拟系统，包括油池模块，油池模块包括用于容纳燃料的油池、以及可拆卸地密封安装在所述油池上的套筒，以通过更换不同的套筒模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况；热反馈测量系统，适用于获取油池模块中油池火的燃烧数据，燃烧数据包括燃料质量消耗速率、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布、以及油池火的火焰形态中的至少一个；以及数据采集系统，与热反馈测量系统通信连接，适用于采集燃烧数据。
图1为本实用新型实施例的研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置的示意图。
如图1所示，为本实用新型实施例的研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置包括油池火模拟系统、获取油池火模拟系统燃烧数据的热反馈测量系统、以及与热反馈测量系统通信连接的数据采集系统。
图2为本实用新型实施例的油池与套筒的安装示意图。
油池火模拟系统包括油池模块1。如图1和2所示，油池模块1包括用于容纳燃料10的油池8、以及可拆卸地密封安装在油池8上的套筒9，以通过更换不同的套筒模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况。热反馈测量系统适用于获取油池模块中油池火的燃烧数据，燃烧数据包括燃料质量消耗速率、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布、以及油池火的火焰形态中的至少一个。数据采集系统与热反馈测量系统通信连接，适用于采集燃烧数据。
如图1和2所示，在一种实施例中，油池8与套筒9的安装部包括嵌套接口，嵌套接口为相互配合的阶梯凹槽与阶梯凸台。在油池8远离油池底部一端端口设置阶梯凸台，在套筒9与油池8安装一端端口设置阶梯凹槽，阶梯凸台与阶梯凹槽可无缝嵌套安装，实现油池8与套筒9的可拆卸地密封安装。在本实用新型的另一些实施例中，还可以是在油池8远离油池底部一端端口设置阶梯凹槽，在套筒9与油池8安装一端端口设置阶梯凸台。油池8与套筒9的安装部还可以是其他可以实现可拆卸地密封安装的结构，如锥面配合连接、螺纹连接等。
在本实用新型的一个实施例中，嵌套接口可设置高度为5毫米，油池8内径可为10厘米、15厘米、20厘米或30厘米，厚度为5毫米，内高为45毫米，采用均质不锈钢材质制成；套筒9可为高度不同的若干套筒，实现对空缺高度的调节，套筒9的内径、厚度和材质均与油池8一致。
如图1和2所示，在一种实施例中，油池火模拟系统还包括适用于储存燃料12的储存装置4，以及输送管道5，输送管道5连接在储存装置4和油池模块1之间，以保持油池内的燃料液面高度稳定。在本实用新型的一个实施例中，输送管道5为柔性连接管道。
如图1和2所示，在一种实施例中，热反馈测量系统包括计量装置3，计量装置3设置在储存装置4下部，以测量储存装置4的质量，从而获得燃料质量消耗速率。在本实用新型的一个实施例中，计量装置3可为电子天平，电子天平3的量程为34kg，精度为0.01g。
图3为本实用新型实施例的辐射热流测量模块的设置方式示意图。
如图1和3所示，在一种实施例中，热反馈测量系统还包括多个辐射热流测量模块6，多个辐射热流测量模块6依次设置于燃料12表面不同径向位置，适用于测量不同空缺高度条件下燃料12表面径向辐射热反馈分布，其中，相邻的两个辐射热流测量模块6几何中心在径向方向上的间隔大约为30毫米。
如图3所示，多个辐射热流测量模块6依次设置在油池8同一直径的径向方向上，以油池8中心点为边界，依次向油池8边缘设置。相邻的两个辐射热流测量模块6几何中心在径向方向上的间隔大约为30毫米。
在本实用新型的一个实施例中，当油池8直径为30厘米时，辐射热流测量模块6数量为4个。
图4为本实用新型实施例的辐射热流测量模块的结构示意图。
如图4所示，辐射热流测量模块6包括透明罩体11、以及设置在透明罩体内的辐射热流计10，其中，辐射热流计10传感元件与燃料12的液面平齐。透明罩体11可以防止燃料12直接接触辐射热流计10而导致辐射热流计10传感元件的损坏。
在本实用新型的一个实施例中，辐射热流计10为水冷式辐射热流计，量程为0～25kW/m2，不确定度在±3％以内。
在本实用新型的一个实施例中，透明罩体11可为石英玻璃罩，由石英材料制成，具有高透射率、耐高温的特性。由于透明罩体11的遮挡会影响辐射热流计10测量的燃料表面径向辐射热反馈数据，因此需要计算透明罩体11对于辐射热反馈的遮挡(即透射率α)。
可以通过开展无火焰接触条件下的对照实验进行计算获得透射率α，计算公式如下：
α＝I/Ir
其中I表示带有透明罩体11时某点的测量辐射热流，Ir表示不带有透明罩体11时同一点的测量辐射热流。
图5为本实用新型实施例的温度测量模块的设置方式示意图。
如图1和5所示，在一种实施例中，热反馈测量系统还包括温度测量模块7，适用于测量燃料12和油池8壁面温度分布。温度测量模块7包括：多个油池壁温度传感器71，在燃料12的液面之下分别设置在油池8的侧壁内的不同高度上，以分别测量侧壁在不同高度的温度；以及多个燃料温度传感器72，分别与油池壁温度传感器71相对应，离开油池壁设置在燃料12的不同高度上，以分别测量燃料12在不同高度的温度。
在本实用新型的一个实施例中，油池壁温度传感器71为K型热电偶。如图5所示，多个油池壁温度传感器71间隔的竖直设置于油池8的侧壁内。
在本实用新型的一个实施例中，多个油池壁温度传感器71设置在燃料的液面之下距离液面Tw1～Tw4的竖直位置上，Tw1为液面以下5毫米，Tw2为液面以下10毫米，Tw3为液面以下20毫米，Tw4为液面以下30毫米。油池壁温度传感器71个数为4个，置于油池8侧壁内壁厚1/2处，并通过卡扣螺丝固定。
在本实用新型的一个实施例中，油池8侧壁厚度为5毫米，油池壁温度传感器71设置深度为油池8侧壁内2.5毫米处。
在本实用新型的一个实施例中，多个燃料温度传感器72为K型热电偶。多个燃料温度传感器72间隔的竖直设置于燃料12中，并与油池8侧壁保持距离。
在本实用新型的一个实施例中，燃料温度传感器72个数为4个，与油池8侧壁距离30毫米。
在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，每个油池壁温度传感器71和相应的燃料温度传感器72设置在相同的径向方向上和相同的高度上。
在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，油池壁温度传感器71和相应的燃料温度传感器72设置在相同的径向方向上。并且多个燃料温度传感器72设置在燃料的液面之下距离液面Tl1～Tl4的竖直位置上，Tl1为液面以下5毫米，Tl2为液面以下10毫米，Tl3为液面以下20毫米，Tl4为液面以下30毫米，与相应的Tw1～Tw4高度相同，径向相同。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，数据采集系统包括至少一个视频采集模块2，设置在油池模块的外围，适用于采集油池中油池火的火焰形态；以及终端设备(图中未示出)，适用于采集温度测量模块7测量的燃料和油池壁面温度数据。
在本实用新型的一个实施例中，视频采集模块2包括数码相机，数码相机的分辨率为1920×1080，帧率为50fps。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，视频采集模块2间隔设置于油池模块1直径延长线上，其中，每个视频采集模块2与油池8的外缘之间的距离为D。在本实用新型的一个实施例中，距离D大约为油池8直径的4.5倍。
应用本实用新型一个实施例的研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置进行相关实验，实验过程可以包括S1-S4。
在过程S1中，根据实验安排准备实验装置，确保管路的密封良好。将燃料12注入储存装置4，打开输送管道5使燃料12流入油池8中至燃料液位保持稳定。然后数据采集系统开始采集工作，最后点燃燃料12。燃料12的燃料质量消耗数据由计量装置3采集，火焰形态特征由视频采集模块2采集，燃料表面径向辐射热反馈数据由辐射热流测量模块6采集，燃料和油池壁面温度数据由温度测量模块7采集。
在过程S2中，实验开始后，观察实时采集的燃料质量消耗数据、燃料表面径向辐射热反馈数据、燃料和油池壁面温度数据，当所有数据出现200s以上的稳定段时，停止采集。关闭储存装置4、熄灭火焰并排除管路中的高温燃料后，使用风扇对油池和管路进行充分降温，确保每组实验前燃料12的和油池8的温度均为环境温度。
在过程S3中，针对每个工况，重复实验过程S1和过程S2三次以上，以排除实验过程中的偶然误差。对重复实验数据取平均后，计算该工况下的油池火火焰形态特征、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布。
在过程S4中，改变油池8直径、套筒9长度，重复实验过程S1、过程S2和过程S3，揭示不同空缺高度影响下油池火热反馈演化机制。
本实用新型的研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，可以模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况，获取不同空缺高度影响下的油池火燃烧数据。获取的燃料质量消耗速率、火焰形态特征、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布等数据，进一步可以计算不同空缺高度影响下油池火热反馈演化，对于科学认识不同空缺高度影响下的油池火燃烧行为、制定高效的灭火方案具有重要意义。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，其特征在于，包括：
油池火模拟系统，包括油池模块(1)，所述油池模块包括用于容纳燃料的油池(8)、以及可拆卸地密封安装在所述油池(8)上的套筒(9)，以通过更换不同的套筒(9)模拟不同空缺高度下油池火燃烧情况；
热反馈测量系统，适用于获取所述油池模块(1)中油池火的燃烧数据，所述燃烧数据包括燃料质量消耗速率、燃料表面径向辐射热反馈分布、燃料和油池壁面温度分布、以及油池火的火焰形态中的至少一个；以及
数据采集系统，与所述热反馈测量系统通信连接，适用于采集所述燃烧数据。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述油池火模拟系统还包括：
储存装置(4)，适用于储存所述燃料(12)；以及
输送管道(5)，连接在所述储存装置(4)和油池模块(1)之间，以保持所述油池内的燃料液面高度稳定。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述热反馈测量系统包括：
计量装置(3)，设置在所述储存装置(4)下部，以测量所述储存装置(4)的质量，从而获得所述燃料质量消耗速率。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的实验装置，其特征在于，所述油池(8)与所述套筒(9)的安装部包括嵌套接口，嵌套接口为相互配合的阶梯凹槽与阶梯凸台。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的实验装置，其特征在于，所述热反馈测量系统还包括：
多个辐射热流测量模块(6)，依次设置于燃料(12)表面不同径向位置，适用于测量不同空缺高度条件下燃料(12)表面径向辐射热反馈分布，
其中，相邻的两个辐射热流测量模块(6)的几何中心在径向方向上间隔大约为30毫米。
6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，每个所述辐射热流测量模块(6)包括透明罩体(11)、以及设置在所述透明罩体内的辐射热流计(10)，
其中，所述辐射热流计(10)的传感元件与所述燃料(12)的液面平齐。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的实验装置，其特征在于，所述热反馈测量系统还包括温度测量模块(7)，适用于测量燃料和油池壁面温度分布，所述温度测量模块包括：
多个油池壁温度传感器(71)，在所述燃料的液面之下分别设置在所述油池的侧壁内的不同高度上，以分别测量所述侧壁在不同高度的温度；以及
多个燃料温度传感器(72)，分别与所述油池壁温度传感器相对应，离开所述油池壁设置在所述燃料的不同高度上，以分别测量所述燃料在不同高度的温度。
8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于，每个所述油池壁温度传感器和相应的燃料温度传感器设置在相同的径向方向上和相同的高度上。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的实验装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括：
至少一个视频采集模块(2)，设置在所述油池模块的外围，适用于采集油池中油池火的火焰形态。
10.根据权利要求9所述的实验装置，其特征在于，至少一个所述视频采集模块(2)间隔设置于油池模块(1)直径延长线上，
其中，每个视频采集模块(2)与所述油池(8)的外缘之间的距离大约为所述油池直径的4.5倍。
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| CN202122837055.6U CN216525630U (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置 |
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| CN (1) | CN216525630U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115290645A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-04 | 中国矿业大学(北京) | 模拟侧壁对储罐油池火燃烧行为影响的装置及模拟方法 |
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2021
- 2021-11-18 CN CN202122837055.6U patent/CN216525630U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115290645A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-04 | 中国矿业大学(北京) | 模拟侧壁对储罐油池火燃烧行为影响的装置及模拟方法 |
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