一種測量可燃物燃燒性質的裝置和方法
2023-07-23 10:12:11 2
專利名稱：一種測量可燃物燃燒性質的裝置和方法
技術領域：
本發明屬於消防技術領域，具體涉及一種測量可燃物質量損失速率、火羽流速度、 輻射熱和熱功率的裝置和方法。
背景技術：
火源燃燒速率、熱功率、輻射熱、火羽流速度是火災試驗的主要參數，本發明可以定量測量可燃物的燃燒過程，實時採集測量數據，分析其燃燒性質。目前國際上測量可燃物熱功率的方法主要是採用錐形量熱儀，通過測量耗氧量和煙氣成分來計算熱功率，對實驗室和實驗條件有嚴格要求，計算複雜，造價高，可測的火源功率較小，主要用於試驗室內的火災研究，無法實現對於大型火災現場的燃燒速率和熱功率測量，也無法實現有風條件下的測量。還有一種方法是通過測量可燃物的燃燒速率，也就是質量損失速率，通過測量可燃物在燃燒過程中的質量損失速率隨燃燒時間的變化，得出可燃物燃燒速率、熱釋放速率、熱功等可燃物重要燃燒性質。同時還可用熱輻射計測量輻射熱，得出火災的輻射熱和輻射熱係數數據。
發明內容
本發明的目的在於提供一種既可以測量燃燒速率、火羽流速度、輻射熱，又可以測量熱功率的測量裝置和測量方法，尤其是一種可以在有風條件下實時測量數據的燃燒測量裝置和測量方法。本發明的測量測量可燃物燃燒性質的裝置，由耐高溫地秤1、耐高溫支架2、微壓計4、熱電偶5、雙向探針6、熱輻射計7、補償導線8、數據採集系統9、引燃盤10、整流柵格 11、送風機12、支架14、氣管15組成。本發明中，所述耐高溫地秤1置於地面上，所述耐高溫支架2置於耐高溫地秤1 上；固體可燃物13直接放置在耐高溫支架2上，對於液體可燃物，放在油盤內，油盤放置在耐高溫支架2上(油盤大小和容積根據測量需要可替換)。所述引燃盤10放置在耐高溫地秤1上，且位於耐高溫支架2正下方。在所述高溫地秤1附近設置一送風機12，且保持一定距離；所述整流柵格11設置於高溫地秤1和送風機12之間，所述熱輻射計7設置於高溫地秤1和整流柵格11之間，熱輻射計7沿水平方向距離可燃物一定距離，熱電偶5、雙向探針6通過支架14固定於可燃物上方。所述熱輻射計7通過補償導線8連接到數據採集系統9。所述耐高溫地秤1通過RS232數據線8a連接到電腦。所述雙向探針6用於測量火羽流的動壓，計算火羽流速度，雙向探針6通過氣管15 和微壓計4相連，微壓計4通過補償導線8連接數據採集系統9。雙向探針6和熱電偶5通過支架14固定在火源上方需要測量火羽流速度處，探頭正對來流方向。熱電偶5緊靠雙向探針6，通過補償導線8連接到數據採集系統9。數據採集系統9主要由補償導線8和數據採集板組成，將採集的試驗數據，經過數據採集板轉換成計算機信號，傳輸到終端電腦上，完成測量數據的自動採集、實時監視和數據存儲。本發明中，所述整流柵格11用於整流，使風速穩定。所述送風機12風量可調，通過調節風量控制不同的風速。本發明中，所述高溫地秤1可以採用如下結構，其由地秤主體la、地秤外殼2a、重量傳感器3a、可調平支點4a、RS232數據線8a、電源線9a、顯示儀IOa組成。其中，地秤主體Ia直接放置於地面上，可調平支點4a設置於地秤主體Ia的下方， 用於調節地秤主體的水平；重量傳感器3a放置於地秤主體Ia內的4個邊角處，用於測量可燃物質量；地秤外殼2a塗有防火塗料，套在地秤主體的上方，其4角與4個重量傳感器3接觸；地秤主體內設有水槽6a，水槽6a內盛放有水，起隔熱作用，地秤主體設有放水閥7a和出水閥5a，該放水閥7a和出水閥5a分別與水槽6a相通；測量時，從放水閥7a流入冷水，出水閥5a流出熱水，使重量傳感器3a的溫度不會超過其耐溫範圍；顯示儀通過電源線9a接 220V電源；重量傳感器3a通過RS232數據線8a同電腦相連；重量傳感器3a測得的壓力信號通過RS232數據線8a輸入到電腦。測量時，將RS232數據線連到電腦的RS232插口上，電源線插在220V電源上，按顯示儀上的開關鍵，按顯示儀上的置零鍵，將地秤置零；將待測量物體放置於地秤外殼上方， 測量時打開電腦的數據採集系統；引燃測量物體，重量傳感器測得的信號通過RS232數據線傳輸到電腦，被數據採集系統記錄存儲。當測量的溫度較高時，打開放水閥，用水管和水龍頭相連，從放水閥中緩慢流入冷水；打開出水閥，將冷卻後的熱水經出水閥流出。本發明中，所述雙向探針6可以採用如下結構，其由空心管2b、迎流管3b和背壓管 4b組成。其中
空心管2b為空心短管，其長徑比(長度L/直徑D)為1.5—2. 5，其中部被隔斷，空心管2b兩端形成兩個受壓口，即迎流口 Ib和背壓口 5b。迎流管3b和背壓管4b分別與空心管2b相連通，並且與空心管2b的軸線垂直。迎流管3b和背壓管4b為空心導流管，迎流口 Ib和迎流管3b內部相通，背壓口 5b 和背壓管4b內部相通。雙向探針6b用於探測來自兩個方向的氣流。本發明的測量可燃物燃燒性質的方法，其具體步驟如下
測量時，首先啟動數據採集系統，引燃固體可燃物13 (或油盤)，耐高溫地秤測量可燃物隨時間的質量變化m (t)、熱電偶測量溫度變化 T (t)、熱輻射計測量熱輻射量變化q』 』(t)和雙向探針6測量火羽流動壓 # (0，根據測量結果利用公式(1)對m (t)求導，可算出可燃物的燃燒速率，再用氧彈量
熱計測出可燃物的熱值AHi，根據熱功率對燃燒時間的積分可得出可燃物總的熱量。測得
的動壓Δρ (t)和溫度T(t)利用公式(3)計算風速v(t)。可根據公式(4)計算輻射係數2V
權利要求
1.一種測量可燃物燃燒性質的裝置，其特徵在於由耐高溫地秤(1)、耐高溫支架(2)、 微壓計(4)、熱電偶(5)、雙向探針(6)、熱輻射計(7)、補償導線(8)、數據採集系統(9)、引燃盤(10)、整流柵格(11)、送風機(12)、支架(14)、氣管(15)組成；其中所述耐高溫地秤(1)置於地面上，所述耐高溫支架(2)置於耐高溫地秤(1)上；固體可燃物(13)直接放置在耐高溫支架(2)上，所述引燃盤(10)放置在耐高溫地秤(1)上，且位於耐高溫支架(2)正下方；在所述高溫地秤(1)附近設置一送風機(12)；所述整流柵格(11) 設置於高溫地秤(1)和送風機(12 )之間，所述熱輻射計(7 )設置於高溫地秤(1)和整流柵格 (11)之間，熱電偶(5)、雙向探針(6)通過支架(14)固定於可燃物上方；所述熱輻射計(7) 通過補償導線(8)連接到數據採集系統(9)；所述雙向探針(6)通過氣管(15)和微壓計(4)相連，微壓計(4)通過補償導線(8)連接數據採集系統(9);雙向探針(6)和熱電偶(5)通過支架(14)固定在火源上方需要測量火羽流速度處，探頭正對來流方向；熱電偶(5)緊靠雙向探針(6)，通過補償導線(8)連接到數據採集系統(9);所述數據採集系統(9)主要由補償導線(8)和數據採集板組成；採集的試驗數據，經過數據採集板轉換成計算機信號，傳輸到終端電腦上。
2.根據權利要求1所述的測量可燃物燃燒性質的裝置，其特徵在於所述耐高溫地秤 (1)由地秤主體(la)、地秤外殼(2a)、重量傳感器(3a)、可調平支點(4a)、RS232數據線 (8a)、電源線(9a)、顯示儀(IOa)組成；其中所述地秤主體(la)直接放置於地面上，可調平支點(4a)設置於地秤主體(la)的下方， 用於調節地秤主體的水平；重量傳感器(3a)放置於地秤主體(Ia)內的4個邊角處，用於測量可燃物質量；地秤外殼(2a)塗有防火塗料，套在地秤主體的上方，其4角與4個重量傳感器(3)接觸；地秤主體內設有水槽(6a)，水槽(6a)內盛放有水，起隔熱作用，地秤主體設有放水閥(7a)和出水閥(5a)，該放水閥(7a)和出水閥(5a)分別與水槽(6a)相通；顯示儀通過電源線(9a)接220V電源；重量傳感器(3a)通過RS232數據線(8a)同電腦相連。
3.根據權利要求1所述的測量可燃物燃燒性質的裝置，其特徵在於所述雙向探針(6) 由空心管(2b)、迎流管(3b)和背壓管(4b)組成；其中空心管(2b)為空心短管，中部被隔斷，空心管(2b)兩端形成迎流口(lb)和背壓口 (5b)；迎流管(3b)和背壓管(4b)分別與空心管(2b)相連通，並且與空心管(2b)的軸線垂直；迎流管(3b)和背壓管(4b)為空心導流管，迎流口(Ib)和迎流管(3b)內部相通，背壓口 (5b)和背壓管(4b)內部相通。
4.根據權利要求1所述的測量可燃物燃燒性質的裝置，其特徵在於所述送風機(12)風量可調。
5.一種測量可燃物燃燒性質的方法，其特徵在於具體步驟為測量時，首先啟動數據採集系統，引燃固體可燃物(13)或油盤中的液體可燃物，耐高溫地秤測量可燃物隨時間的質量變化m (t)、熱電偶測量溫度變化T (t)、熱輻射計測量熱輻射量變化(t)，雙向探針(6)測量火羽流動壓Ap Ct)；根據測量結果利用公式(1)對m (t)求導，算出可燃物的燃燒速率， 再用氧彈量熱計測出可燃物的熱值Δ/ 。根據熱功率對燃燒時間的積分得出可燃物總的熱量；測得的動壓Δρ (O和溫度T(t)利用公式(3)計算風速v(t)；根據公式(4)計算輻射係數I ；其中
全文摘要
本發明屬於消防技術領域，具體為一種測量可燃物燃燒性質的裝置和方法。其由耐高溫地秤、耐高溫支架、油盤、微壓計、熱電偶、雙向探針、熱輻射計、補償導線、數據採集系統、引燃盤、整流柵格、送風機、支架、氣管組成。該裝置置於火災實驗室內，測量的可燃物放在地秤的託盤上，用定功率的引燃盤點燃可燃物後，打開送風機，測量可燃物在不同風速下的質量損失速率、火羽流速度、溫度和輻射熱。再用氧彈量熱計測出的燃燒熱乘以燃燒速率得出可燃物的熱功率。本發明結構簡單，計算方便，受實驗室條件、火源功率限制小，適用於進行大型可燃物燃燒性質的測量。
文檔編號G01N25/22GK102331440SQ20111016893
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者嚴攸高, 張 傑, 王麗晶, 王志輝, 田永祥, 蘇琳, 薛林 申請人:公安部上海消防研究所