一种固体可燃物可控气氛热解测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术一种固体可燃物可控气氛热解测试系统及测试方法属于热安全领域，涉及一种可从惰性到富氧气氛不同氧气浓度条件下可燃物的热解测试系统及方法。包括主体部分和配气部分；主体部分包括样件盒、样件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，样件盒放置在样件盒支架上平面上；配气部分包括并联的三个储气瓶，储气瓶的出气口均设有旋转开关；分别通过减压阀、流量控制阀相连，与同一个体积流量计相连，并通过干管与整流盒进气口相连；在干管的端部、体积流量计的后部还设有干燥管。实现待测样件上表面在测试过程中保持稳定目标气氛；整套装置体积较小，测试步骤及操作方法简单易行，测试结果重复性和认可度高。

A Controllable Atmosphere Pyrolysis Testing System and Testing Method for Solid Combustibles

【技术实现步骤摘要】
一种固体可燃物可控气氛热解测试系统及测试方法
本专利技术一种固体可燃物可控气氛热解测试系统及测试方法属于热安全领域，涉及一种外界辐射加热条件下可控气氛固体可燃物热解测试装置及该装置下可燃物热解过程的测试方法，特别是涉及一种可从惰性到富氧气氛不同氧气浓度条件下可燃物的热解测试系统及方法。
技术介绍
常规大气气氛下（氧氮比：21:79）固体可燃物的热解着火过程为生产生活中最常见的起火类型，因此前人已对此进行了大量研究。随着工业及科技领域的不断深化，非常规气氛下可燃物的热安全问题日益受到人们的关注，特别是一些特殊工业场所及航空航天器内的热安全问题。如2008年我国神舟七号载人航天飞船在直播航天员出舱活动中出现火灾误报情况，虽为误报，但其潜在危害程度非常巨大。美国国家航空航天局(NASA)最近几年已联合多家高校和科研机构在国际空间站开展了多批次材料热安全性测试，包括热解、着火、火蔓延等方面，该空间站将我国排除在外。我国目前在建国际空间站预计2022年开始服役并已邀请世界各国共同开展空间站国际合作，且在2024年美国空间站退役后成为全球唯一一个国际空间站，其特殊气氛条件下的材料热安全问题研究具有重大的理论及现实意义。现有固体可燃物热解测试装置较多，其中对中等尺寸（克级）材料进行测试最常用的仪器包括美国国家标准与技术研究院NIST研发的锥型量热仪（Conecalorimeter）、美国FMGlobal火焰传播量热仪(FPA)及其他一些用硅碳棒、电热丝、卤素灯管等自制的加热装置。绝大多数装置只能实现标准大气气氛下的热解着火过程，该过程包含材料受热后和表面空气中氧气的氧化过程。现有研究表面，材料在着火后表面被高温火焰覆盖，氧气很难渗透到材料表面，固相热解过程是在近似惰性气氛下完成的而非有氧环境。此外，在其他一些特殊场所（如航空航天器内）其氧气含量也与常规气氛差别较大，材料在受热后表现出来的热解反应动力学过程与常规条件下有很大差别。因此，现有标准设备很大程度上限制了此类特殊环境气氛下材料热安全问题的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述不足之处提供一种固体可燃物可控气氛热解测试系统及测试方法，通过对辐射源下待测样件盒进行改造并加设供气装置，实现待测样件上表面在测试过程中保持稳定目标气氛；通过调节供气管道中氧气和氮气比例，实现从纯氮气到富氧条件的灵活调控以达到不同测试目的。克服已有标准或自制仪器如锥型量热仪和火焰传播量热仪（FPA）等只能进行常规气氛下材料热解过程研究的局限，提供一种能产生从惰性到富氧环境的测试测试装置及在该装置下的测试方法。本专利技术是采取以下技术方案实现的：一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，包括主体部分和配气部分；主体部分包括样件盒、样件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，样件盒放置在样件盒支架上平面上；所述整流盒为回形结构，整流盒内圈中空；所述整流盒支架具有上平面、底座和支撑杆，整流盒支架的上平面和底座均为回形结构；支撑杆相对固定于上平面和底座之间；样件盒支架宽度和高度分别小于整流盒支架内圈的宽度和高度，样件盒位于整流盒中空处但并不接触，样件盒外壁与整流盒外壁之间留有5mm间距以保证质量测试不受整流盒影响，样件盒支架和整流盒支架内外不接触；配气部分包括并联的三个储气瓶，三个储气瓶分别是氮气瓶、空气瓶和氧气瓶，三个储气瓶的出气口均设有旋转开关；三个储气瓶分别通过减压阀、流量控制阀相连，形成三根支管，三根支管的端部与同一个体积流量计相连，并通过干管与整流盒进气口相连；在干管的端部、体积流量计的后部还设有干燥管，干燥管内充满干燥剂，用以去除输入气体中的水分；支管与储气瓶出口、减压阀阀门出入口以及流量控制阀阀门出入口的连接处均采用铜螺母连接，干管与干燥管出入口、以及整流盒进气口连接处均采用铜螺母连接；在上述铜螺母连接处的螺纹上均布有生料带以保证气密性。支管和干管均采用市售的输气管道，所述输气管道为外径1cm的软铜管（紫铜）。所述干燥管为外径5cm，壁厚3mm的透明密闭亚克力管。所述干燥剂采用市售的管状干燥剂，干燥剂为工业变色硅胶干燥剂。样件盒具有中空的不锈钢外盒和陶瓷纤维内盒，陶瓷纤维内盒放置在不锈钢外盒内且二者紧密贴合，在陶瓷纤维内盒的盒体内设有设有样件凹槽，样件凹槽的周边与陶瓷纤维内盒的内壁相贴合，从而保证测试过程中陶瓷纤维内盒与样件紧密接触没有空隙。在不锈钢外盒的上表面四边设有向外水平外延的飞边，以便使用者放置和取出样件盒。所述样件盒还配套有样件盒持具，样件盒持具一面开口，具有半框形夹持部和把柄，夹持部的后端中部与把柄相固定，当需要移动样件盒时，手持样件盒持具的把柄从开口处将样件盒套入样件盒持具，将样件盒上表面的飞边卡在样件盒持具上以拖住样件盒，方便移动。样件盒支架具有支架上平面、支架底座和支架支撑杆，支架上平面和支架底座均采用市售的硬铝光学面包板，支架支撑杆相对固定在支架上平面和支架底座之间，所述支架支撑杆设有四根。所述支架支撑杆采用可伸缩的不锈钢螺杆，不锈钢螺杆的外径约为10cm，使用时通过转动螺杆以调节支架支撑杆的高度和水平，并最终实现样件上表面与加热器的距离为测试所需预定值。支架支撑杆与支架上平面以及支架底座之间通过螺纹连接，支架支撑杆两端的螺纹与支架上平面以及支架底座上开设的螺孔相匹配。整流盒为立方体中空盒，具有外壁和内壁，从而使得整流盒整体成为回字形，在外壁和内壁的同一面的上部均开有矩形开口，称之外壁开口和内壁开口，内壁开口和外壁开口与整流盒底部的高度相同，便于后期使用时通过外壁出口和内壁出口放入样件；外壁开口高度为3cm，内壁开口高度为1cm，内壁开口和外壁开口距离整流盒底部的距离均为7cm；在外壁开口处通过活页或铰链装有能完全盖住外壁开口的外壁门，取放样件时打开外壁门，测试过程中关闭外壁门以保证整流盒内气流在4个方向的均匀性；在内、外壁之间的底面中部焊接一周不锈钢多孔管，所述不锈钢多孔管的外径为1cm，壁厚1mm；在不锈钢多孔管上对称的两侧设有间隔均匀的出气孔，相邻出气孔之间的间隔为5mm，出气孔的直径为5mm；在多孔管四周中心点底部均开有一个进气管外接孔，进气管外接孔外接2cm高，外径为1cm的不锈钢中空螺纹管作为进气管；在整流盒底部对应进气管外接孔的位置开孔，以便进气管插入整流盒内与进气管外接孔相连接；在上平面的四周中心位置处开有直径为1.5cm的通孔，以便整流盒的进气管通过；在内、外壁之间的空隙处填充有与内、外壁开口平齐的直径不小于5mm的玻璃珠，以实现对气体的整流，达到均匀渗透目标气体的目的。整流盒支架的支撑杆与上平面以及底座之间通过螺纹连接，整流盒支架两端的螺纹与上平面以及底座上开设的螺孔相匹配。整流盒支架采用可伸缩不锈钢螺杆，不锈钢螺杆的外径约为10cm，使用时通过转动螺杆以调节整流盒支架的高度和水平。所述整流盒支架的上平面和底座采用20cm×20cm见方，1cm厚的中空硬铝光学面包板。进气管外接孔的直径为1cm，进气管外接孔的孔高为多孔管高度的一半。整流盒内、外壁及底面均为5mm厚铝板，内、外壁之间的间隙为3cm宽。样件盒支架上平面和支架底座分别为12cm×12cm见方，1cm厚。所述飞边外沿厚1mm,宽1cm。本专利技术系统进行测试时，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：包括主体部分和配气部分；主体部分包括样件盒、样件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，样件盒放置在样件盒支架上平面上；所述整流盒为回形结构，整流盒内圈中空；所述整流盒支架具有上平面、底座和支撑杆，整流盒支架的上平面和底座均为回形结构；支撑杆相对固定于上平面和底座之间；样件盒支架宽度和高度分别小于整流盒支架内圈的宽度和高度，样件盒位于整流盒中空处但并不接触，样件盒外壁与整流盒外壁之间留有5mm间距以保证质量测试不受整流盒影响，样件盒支架和整流盒支架内外不接触；配气部分包括并联的三个储气瓶，三个储气瓶分别是氮气瓶、空气瓶和氧气瓶，三个储气瓶的出气口均设有旋转开关；三个储气瓶分别通过减压阀、流量控制阀相连，形成三根支管，三根支管的端部与同一个体积流量计相连，并通过干管与整流盒进气口相连；在干管的端部、体积流量计的后部还设有干燥管，干燥管内充满干燥剂，用以去除输入气体中的水分；支管与储气瓶出口、减压阀阀门出入口以及流量控制阀阀门出入口的连接处均采用铜螺母连接，干管与干燥管出入口、以及整流盒进气口连接处均采用铜螺母连接；在上述铜螺母连接处的螺纹上均布有生料带以保证气密性。...

【技术特征摘要】
1.一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：包括主体部分和配气部分；主体部分包括样件盒、样件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，样件盒放置在样件盒支架上平面上；所述整流盒为回形结构，整流盒内圈中空；所述整流盒支架具有上平面、底座和支撑杆，整流盒支架的上平面和底座均为回形结构；支撑杆相对固定于上平面和底座之间；样件盒支架宽度和高度分别小于整流盒支架内圈的宽度和高度，样件盒位于整流盒中空处但并不接触，样件盒外壁与整流盒外壁之间留有5mm间距以保证质量测试不受整流盒影响，样件盒支架和整流盒支架内外不接触；配气部分包括并联的三个储气瓶，三个储气瓶分别是氮气瓶、空气瓶和氧气瓶，三个储气瓶的出气口均设有旋转开关；三个储气瓶分别通过减压阀、流量控制阀相连，形成三根支管，三根支管的端部与同一个体积流量计相连，并通过干管与整流盒进气口相连；在干管的端部、体积流量计的后部还设有干燥管，干燥管内充满干燥剂，用以去除输入气体中的水分；支管与储气瓶出口、减压阀阀门出入口以及流量控制阀阀门出入口的连接处均采用铜螺母连接，干管与干燥管出入口、以及整流盒进气口连接处均采用铜螺母连接；在上述铜螺母连接处的螺纹上均布有生料带以保证气密性。2.根据权利要求1所述的一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：样件盒具有中空的不锈钢外盒和陶瓷纤维内盒，陶瓷纤维内盒放置在不锈钢外盒内且二者紧密贴合，在陶瓷纤维内盒的盒体内设有设有样件凹槽，样件凹槽的周边与陶瓷纤维内盒的内壁相贴合；在不锈钢外盒的上表面四边设有向外水平外延的飞边。3.根据权利要求1或2所述的一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：所述样件盒还配套有样件盒持具，样件盒持具一面开口，具有半框形夹持部和把柄，夹持部的后端中部与把柄相固定。4.根据权利要求1所述的一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：样件盒支架具有支架上平面、支架底座和支架支撑杆，支架支撑杆相对固定在支架上平面和支架底座之间，所述支架支撑杆设有四根。5.根据权利要求4所述的一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：所述支架支撑杆采用可伸缩的不锈钢螺杆。6.根据权利要求1所述的一种固体可燃物可控气氛热解测试系统，其特征在于：整流盒为立方体中空盒，具有外壁和内壁，从而使得整流盒整体成为回字形，在外壁和内壁的同一面的上部均开有矩形开口，称之外壁开口和内壁开口，内壁开口和外壁开口与整流盒底部的高度相同，便于后期使用时通过外壁出口和内壁出口放入样件；外壁开口高度为3cm，内壁开口高度为1cm，内壁开口和外壁开口距离整流盒底部的距离均为7cm；在外壁开口处通过活页或铰链装有能完全盖住外壁开口的外壁门；在内、外壁之间的底面中部焊接一周不锈钢多孔管，所述不锈钢多孔管的外径为1cm，壁厚1mm；在不锈钢多孔管上对称的两侧设有间隔均匀的出气孔，相邻出气孔之间的间隔为5mm，出气孔的直径为5mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚俊辉，王志荣，王京阳，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32