本发明专利技术涉及一种氢能源汽车火灾模拟与防控实验方法及装置，包括储氢系统、抑制系统、控制系统以及数据采集系统、汽车实尺试验模型、配气系统、燃烧器、自动点火装置。采用汽车实尺度的氢燃料电池汽车试验模型，结合特制的高压储氢罐，进行最高80MPa压力下不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏高度、不同泄漏压力及不同泄漏流量下的氢燃料电池车高压氢泄漏扩散及喷射火实验，以及不同参数条件下的喷射火防控实验，技术效果是，为氢燃料汽车高压氢泄漏浓度分布规律、喷射火特性与防控技术的研究提供相关实验数据，从而对氢燃料电池车及加氢站火灾事故的预测与防控提供理论指导。
【技术实现步骤摘要】
一种氢能源汽车火灾模拟与防控实验方法及装置
本专利技术涉及一种燃烧实验模拟与防控的实验方法及装置，特别是一种氢能源汽车火灾模拟与防控的综合性实验装置及其实验方法实验方法及装置。
技术介绍
氢气氢能作为一种高度清洁环保的可再生能源，已得到世界范围内的高度关注。，其中氢燃料电池汽车及其相关产业发展势头迅猛。然而，氢气易燃易爆、扩散系数大、点火能量低，在燃料电池车使用过程中存在一定的泄漏、火灾爆炸风险。因此，对氢燃料电池汽车高压气态氢泄漏火灾特性、演化规律及防控技术的研究已成为该领域的研究热点。目前，对高压气态氢泄漏扩散规律及火灾特性的研究多是采用简单喷嘴加单一管路的小尺度实验装置，无法有效、真实的地模拟氢燃料电池汽车的氢泄漏火灾事故场景，且现有多数实验装置高压储氢系统的操作压力相对较低，与真实氢燃料电池汽车的35MPa-70MPa级车载高压储氢系统的工作压力相差较大，导致已有研究成果不能较好地反映真实事故场景。此外，现阶段亦尚没有用于研究氢能源汽车高压氢泄漏火灾特性与防控技术研究的综合性实验方法与装置。因此，基于实尺度的氢燃料电池汽车试验模型，研制可满足不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏口径和不同泄漏压力等条件下，高压气态氢泄漏扩散浓度及喷射火温度、热辐射等特征参数测试，喷射火外观特性观察，以及采用不同水雾抑制剂进行冷却降温与灭火处置的综合性实验方法与装置已提到日程。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提供一种氢能源汽车火灾模拟与防控实验方法及装置，采用真实汽车架构、工作压力0-80MPa的储氢系统和配置的防控实验平台系统，可满足不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏口径和不同泄漏压力等条件下，高压气态氢泄漏扩散浓度及喷射火温度、热辐射等特征参数测试，喷射火外观特性观察，以及采用不同水雾抑制剂进行冷却降温与灭火处置的综合性实验，具体技术方案是，一种氢能源汽车火灾模拟与防控实验装置,包括储氢系统、抑制系统、控制系统以及数据采集系统、汽车实尺试验模型、配气系统、燃烧器、自动点火装置,其特征在于:所述的储氢系统，包括储氢罐、增压泵、温度变送器、气源输出控制器、储氢系统阀门，储氢系统阀门依次与压力变送器、增压泵、储氢罐进气口、温度变送器、气源输出控制器连接；所述的抑制系统，包括喷头、流量调节阀、水泵机组和储水箱，储水箱、水泵机组、流量调节阀、流量传感器、喷头依次连接；所述的控制系统，包括现场测控柜、现场无线控制器和中央集中控制平台，现场测控柜和现场无线控制器与中央集中控制平台光纤通信连接，可实现不同层级、不同授权下的远程或现场控制，同时保障数据传输的安全可靠，现场测控柜与现场无线控制器无线通信连接；所述的数据采集系统，包括多个高速摄像机、多个氢浓度传感器，多个热电偶、多个辐射热流计、多个压力传感器、多个流量传感器，分别放置于汽车实尺度试验模型外四周以及储氢系统、配气系统和抑制系统的管路上，实现对高压氢泄漏气体浓度、喷射火温度和热辐射等实验特征参数的测量，以及对实验系统工作压力、气体、水流量的监测测量；所述的汽车实尺试验模型，为耐高温不锈钢真实汽车架构，包括与氢能源汽车原型尺寸、位置一样的高压氢气瓶模型、燃料电池堆模型，管道模型，在管道模型的底部管道接头处汽车试验模型内部氢泄漏风险高的位置设置数个水平和竖直方向的燃烧器，每个燃烧器内设置一个直径可调节的喷口，模拟不同位置、不同方向、不同流量下的氢泄漏及喷射火，每个燃烧器内放置使用氢气燃料，气源压力为0MPa～80MPa；所述的配气系统，包括配气系统阻火器、配气系统单向阀、配气系统气动阀、配气系统截止阀、配气系统减压阀及相应的管路，配气系统一分三条供气路，其中两条以不同的压力范围为燃烧器供气，各经配气系统截止阀、压力传感器、配气系统减压阀、配气系统截止阀、配气系统气动阀、配气系统单向阀、配气系统截止阀、配气系统气动阀、配气系统阻火器连接，并通过配气系统气动阀的切换为燃烧器提供不同压力的氢气，另一条供气路经配气系统截止阀、压力传感器、配气系统减压阀、配气系统截止阀、配气系统气动阀、配气系统单向阀、配气系统截止阀、配气系统气动阀、配气系统阻火器连接；系统连接为，储氢系统的储氢系统阀门外接常规氢气瓶、气源输出控制器接配气系统截止阀，配气系统的阻火器分别与与燃烧器和自动点火装置的进气口连接、每个燃烧器配置一个自动点火装置，自动点火装置置于汽车实尺试验模型内的燃烧器喷口，控制系统的现场测控柜的现场无线控制器通过光纤通信与燃烧器和自动点火装置连接、与抑制系统的水泵机组连接、与数据采集系统的高速摄像机、氢浓度传感器、热电偶、辐射热流计、压力传感器、流量传感器连接，与储氢系统的增压泵和气源输出控制器连接、与无线控制器连接。所述的储氢系统的储氢罐最大设计压力为99MPa，工作压力可调节且最大为80MPa。所述的储氢系统的增压泵前端预留氮气接口，燃烧系统使用前将管路内的空气用氮气全部置换。所述的燃烧器可从汽车试验模型上拆下并固定于高度可调节的支架上，来模拟加氢站等场所固定式储氢系统的氢泄漏喷射火。所述的配气系统的三条供气路，一路为自动点火装置供气，供气压力0～0.3MPa，另外两路为燃烧器供气，供气压力分别为0～5MPa和5～80MPa。所述的配气系统气动阀控制开关，确保燃烧器时间误差为±0.ls。所述的喷头沿水平喷射火长度方向接入距离地面一定高度处的管道接口，且管道位置可调节，通过设置不同数量、不同类型的喷头，配合压力、流量变送调节，可实现抑制系统工作压力和流量的可调节。所述的实验方法包括以下步骤，一、根据实验需求将燃烧器置于氢能源汽车模型底部的特定位置或将燃烧器置于固定支架上，并确定燃烧器喷口方向，同时，根据实验需求，将数据采集系统中氢浓度传感器，压力传感器、热电偶、流量传感器、辐射热流计设置在指定位置，将管路内的空气用氮气全部置换，接入储氢系统的增压泵前端预留氮气接口，将管路内的空气用氮气全部置换，再打开储氢系统阀门、开启增压泵向储氢罐内充装氢气；二、充装完毕后，通过控制系统控制系统调节相关阀件和喷嘴以实现实验需要的压力和流量，并根据实验压力选择向燃烧器的配气路径；三、进行实验，（一）、扩散实验，打开气源输出控制器及燃烧器配气路径上的相关阀件，使高压氢气从燃烧器喷口释放，并保证自动点火装置不动作，通过氢浓度传感器测量不同位置的氢气浓度；（二）、氢喷射火实验，开启气源输出控制器及自动点火装置配气路径上的相关阀件，点燃自动点火装置，然后开启燃烧器配气路径上的相关阀件相关阀件，使得高压氢喷出后直接引燃形成喷射火，并通过高速摄像机、热电偶、辐射热流计采集相关数据信息；（三）、喷射火防控实验，根据火灾抑制或相邻容器冷却的实验功能需求，调节喷头数量、种类以及喷头架设管道的位置，并用控制系统控制开启燃烧器配气路径上的相关阀件形成喷射火的同时或延迟开启抑制系统，进而通过数据采集系统观测上述实验过程现象并记录相关特征参数。技术效果是，进行不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏高度、不同泄漏压力及不同泄漏流量下的氢燃料电池车高压氢泄漏扩散及喷射火本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢能源汽车火灾模拟与防控实验装置,包括储氢系统（1）、抑制系统（2）、控制系统（3）以及数据采集系统（4）、汽车实尺试验模型（5）、配气系统（6）、燃烧器（7）、自动点火装置（8）,其特征在于:所述的储氢系统(1)，包括储氢罐（1-1）、增压泵（1-2）、温度变送器（1-4）、气源输出控制器（1-5）、储氢系统阀门（1-6），储氢系统阀门（1-6）依次与压力变送器（1-3）、增压泵（1-2）、储氢罐（1-1）进气口、温度变送器（1-4）、气源输出控制器（1-5）连接；所述的抑制系统(2)，包括喷头（2-1）、流量调节阀（2-2）、水泵机组（2-3）和储水箱（2-4），储水箱（2-4）、水泵机组（2-3）、流量调节阀（2-2）、流量传感器（4-6）、喷头（2-1）依次连接；所述的控制系统（3）包括现场测控柜（3-1）、现场无线控制器（3-2）和中央集中控制平台（3-3），现场测控柜（3-1）和现场无线控制器（3-2）与中央集中控制平台（3-3）光纤通信连接，可实现不同层级、不同授权下的远程或现场控制，同时保障数据传输的安全可靠，现场测控柜（3-1）与现场无线控制器（3-2）无线通信连接；所述的数据采集系统(4)包括多个高速摄像机（4-1）、多个氢浓度传感器（4-2），多个热电偶（4-3）、多个辐射热流计（4-4）、多个压力传感器（4-5）、多个流量传感器（4-6），分别放置于汽车实尺度试验模型（5）四周，以及储氢系统（1）、配气系统（6）和抑制系统（2）的管路上，实现对高压氢泄漏气体浓度、喷射火温度和热辐射实验特征参数的测量，以及对实验系统工作压力、气体、水流量的监测测量；所述的汽车实尺试验模型(5)为耐高温不锈钢真实汽车架构，包括与氢能源汽车原型尺寸、位置一样的高压氢气瓶模型、燃料电池堆模型，管道模型，在管道模型的底部管道接头处汽车试验模型（5）内部氢泄漏风险高的位置设置数个水平和竖直方向的燃烧器（7），每个燃烧器（7）内设置一个直径可调节的喷口，模拟不同位置、不同方向、不同流量下的氢泄漏及喷射火，每个燃烧器（7）内放置使用氢气燃料，气源压力为0MPa～80MPa；所述的配气系统（6）包括配气系统阻火器（6-1）、配气系统单向阀（6-2）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统减压阀（6-5）及相应的管路，配气系统（6）一分三条供气路，其中两条以不同的压力范围为燃烧器（7）供气，各经配气系统截止阀（6-4）、压力传感器（4-5）、配气系统减压阀（6-5）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统单向阀（6-2）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统阻火器（6-1）连接，并通过配气系统气动阀（6-3）的切换为燃烧器（7）提供不同压力的氢气；/n另一条供气路经配气系统截止阀（6-4）、压力传感器（4-5）、配气系统减压阀（6-5）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统单向阀（6-2）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统阻火器（6-1）连接；系统连接为，储氢系统(1)的储氢系统阀门（1-6）外接常规氢气瓶（9）、气源输出控制器（1-5）接配气系统截止阀（6-4），配气系统（6）的阻火器（6-1）分别与燃烧器（7）和自动点火装置（8）的进气口连接、每个燃烧器（7）配置一个自动点火装置（8），自动点火装置（8）置于汽车实尺试验模型(5)内的燃烧器（7）喷口，控制系统(3)的现场测控柜（3-1）的现场无线控制器通过光纤通信与燃烧器（7）和自动点火装置（8）连接、与抑制系统(2)的水泵机组（2-3）连接、与数据采集系统(4)的高速摄像机（4-1）、氢浓度传感器（4-2）、热电偶（4-3）、辐射热流计（4-4）、压力传感器（4-5）、流量传感器（4-6）连接，与储氢系统(1)的增压泵（1-2）和气源输出控制器（1-5）连接、与无线控制器（3-2）连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种氢能源汽车火灾模拟与防控实验装置,包括储氢系统（1）、抑制系统（2）、控制系统（3）以及数据采集系统（4）、汽车实尺试验模型（5）、配气系统（6）、燃烧器（7）、自动点火装置（8）,其特征在于:所述的储氢系统(1)，包括储氢罐（1-1）、增压泵（1-2）、温度变送器（1-4）、气源输出控制器（1-5）、储氢系统阀门（1-6），储氢系统阀门（1-6）依次与压力变送器（1-3）、增压泵（1-2）、储氢罐（1-1）进气口、温度变送器（1-4）、气源输出控制器（1-5）连接；所述的抑制系统(2)，包括喷头（2-1）、流量调节阀（2-2）、水泵机组（2-3）和储水箱（2-4），储水箱（2-4）、水泵机组（2-3）、流量调节阀（2-2）、流量传感器（4-6）、喷头（2-1）依次连接；所述的控制系统（3）包括现场测控柜（3-1）、现场无线控制器（3-2）和中央集中控制平台（3-3），现场测控柜（3-1）和现场无线控制器（3-2）与中央集中控制平台（3-3）光纤通信连接，可实现不同层级、不同授权下的远程或现场控制，同时保障数据传输的安全可靠，现场测控柜（3-1）与现场无线控制器（3-2）无线通信连接；所述的数据采集系统(4)包括多个高速摄像机（4-1）、多个氢浓度传感器（4-2），多个热电偶（4-3）、多个辐射热流计（4-4）、多个压力传感器（4-5）、多个流量传感器（4-6），分别放置于汽车实尺度试验模型（5）四周，以及储氢系统（1）、配气系统（6）和抑制系统（2）的管路上，实现对高压氢泄漏气体浓度、喷射火温度和热辐射实验特征参数的测量，以及对实验系统工作压力、气体、水流量的监测测量；所述的汽车实尺试验模型(5)为耐高温不锈钢真实汽车架构，包括与氢能源汽车原型尺寸、位置一样的高压氢气瓶模型、燃料电池堆模型，管道模型，在管道模型的底部管道接头处汽车试验模型（5）内部氢泄漏风险高的位置设置数个水平和竖直方向的燃烧器（7），每个燃烧器（7）内设置一个直径可调节的喷口，模拟不同位置、不同方向、不同流量下的氢泄漏及喷射火，每个燃烧器（7）内放置使用氢气燃料，气源压力为0MPa～80MPa；所述的配气系统（6）包括配气系统阻火器（6-1）、配气系统单向阀（6-2）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统减压阀（6-5）及相应的管路，配气系统（6）一分三条供气路，其中两条以不同的压力范围为燃烧器（7）供气，各经配气系统截止阀（6-4）、压力传感器（4-5）、配气系统减压阀（6-5）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统单向阀（6-2）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统阻火器（6-1）连接，并通过配气系统气动阀（6-3）的切换为燃烧器（7）提供不同压力的氢气；
另一条供气路经配气系统截止阀（6-4）、压力传感器（4-5）、配气系统减压阀（6-5）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统单向阀（6-2）、配气系统截止阀（6-4）、配气系统气动阀（6-3）、配气系统阻火器（6-1）连接；系统连接为，储氢系统(1)的储氢系统阀门（1-6）外接常规氢气瓶（9）、气源输出控制器（1-5）接配气系统截止阀（6-4），配气系统（6）的阻火器（6-1）分别与燃烧器（7）和自动点火装置（8）的进气口连接、每个燃烧器（7）配置一个自动点火装置（8），自动点火装置（8）置于汽车实尺试验模型(5)内的燃烧器（7）喷口，控制系统(3)的现场测控柜（3-1）的现场无线控制器通过光纤通信与燃烧器（7）和自动点火装置（8）连接、与抑制系统(2)的水泵机组（2-3）连接、与数据采集系统(4)的高速摄像机（4-1）、氢浓度传感器（...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晔，朱红亚，李毅，刘晅亚，吴永红，李紫婷，王鹏飞，
申请(专利权)人：应急管理部天津消防研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12
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