一种点燃实验模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种点燃实验模拟装置，包括对流加热系统、辐射加热系统以及固体实验样本；对流加热系统包括气体管道、空气压缩机和对流加热器以及对流加热控制柜；气体管道的出口设有铂片、铂网和水冷套管；辐射加热系统包括红外加热模块和红外加热控制柜。上述装置包括对流加热系统、辐射加热系统、对流加热控制柜和红外加热控制柜，能够相对独立地调节对流加热系统和辐射加热系统对固体实验样本所施加的对流加热热流值和辐射热通量值，以实现对辐射热通量和对流加热热流的精准控制；且在气体管道的出口设置铂片、铂网和水冷套管，以使出口端成为低辐射管道，进而能够更灵活地调控装置所提供的总热通量中辐射热通量与对流加热热流的相对比例。热热流的相对比例。热热流的相对比例。

【技术实现步骤摘要】
一种点燃实验模拟装置


[0001]本专利技术涉及材料点燃
，更具体地说，涉及一种点燃实验模拟装置。

技术介绍

[0002]森林火灾是世界八大自然灾害之一，历史重特大火灾案例表明，包括我国在内的世界各国的森林—城镇交界区域火灾(以下简称交界域火灾)形势日益严峻。交界域中建筑与植被混合分布，可燃物分布和地理环境非常复杂，发生火灾更易导致严重后果。火蔓延是火焰对前方燃料不断预热并持续点燃的过程。可燃物热解与着火是固体火灾发生的初始阶段，对交界域火灾的蔓延与发展至关重要。在真实火蔓延场景中，交界域中的树冠精细燃料存在可燃烧到不可燃的突变，这是目前火蔓延半经验模型无法解释的现象。此外，火灾蔓延模型无法基于对火灾蔓延过程的基本理解来提供更有效的管理方案。采用实验和理论方法来提高对火蔓延过程的认识，特别是灌木和树冠燃料(精细燃料)的点燃行为已经成为当前研究的重点。
[0003]火蔓延过程中主要存在对流加热、辐射加热和对流冷却三种传热形式。辐射点燃和对流点燃的机理有所不同；现阶段业内对精细燃料主导加热的机制和灌木树冠燃料的点燃现象存在很大争议。为了建立能够可靠地估计灌木丛和乔木冠层发生火灾(树冠火)的可能性的物理基础，对燃料进行点燃模拟实验研究是不可或缺的。由于对主导加热机制的不确定性，前人在辐射加热或对流加热条件下进行了点燃实验研究，但现有装置无法同时实现对辐射热通量和对流热加热热流的独立控制；且现有的对流加热装置在对流段均使用常规的高发射率材料，未采取措施降低对流装置的背景辐射值，这对点燃特征参数与对流加热变化相关性研究产生了不可忽视的影响。并且，现有对流装置出口端尺寸和气流流速较小，这对实验样本尺寸和实验工况的选择带来了很大限制。即现有装置无法同时实现对辐射热通量和对流加热热流的精细控制，亦不能相对独立地调节对流加热热流和辐射热通量在总加热热流中的占比；且目前的对流加热装置中存在较高的背景辐射值和较低的气流流速上限，无法涵盖真实森林火灾场景中的参数范围。
[0004]因此，如何相对独立地实现对辐射热通量和对流加热热流的控制，是现阶段该领域亟待解决的难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种点燃实验模拟装置，该装置能够相对独立地实现对辐射热通量和对流加热热流的控制，解决了现阶段该领域的难题。
[0006]一种点燃实验模拟装置，包括对流加热系统、辐射加热系统以及固体实验样本；
[0007]所述对流加热系统包括气体管道、设置于所述气体管道入口的空气压缩机和对流加热器以及用于控制所述对流加热器的对流加热控制柜；所述气体管道出口的内周面设有铂片，外周面包裹有水冷套管，内壁设有能够使气体穿过的铂网；所述气体管道内的所述气体为氧气和氮气的混合物；
[0008]所述固体实验样本设置于所述气体管道出口的上方；
[0009]所述辐射加热系统包括设置于所述气体管道出口的红外加热模块和用于控制所述红外加热模块的红外加热控制柜。
[0010]优选的，所述的点燃实验模拟装置，所述空气压缩机与所述对流加热器之间还设有冷冻式干燥机、减压阀以及气体质量流量控制器。
[0011]优选的，所述的点燃实验模拟装置，还包括用于固定所述气体管道的管道支架，所述气体管道的外周面包裹有保温材料。
[0012]优选的，所述的点燃实验模拟装置，还包括用于固定所述红外加热模块的模块支架，所述模块支架通过所述管道支架固定于所述气体管道的出口。
[0013]优选的，所述的点燃实验模拟装置，还包括用于支撑所述对流加热器的升降台；
[0014]所述对流加热器通过法兰与所述气体管道相连接。
[0015]优选的，所述的点燃实验模拟装置，还包括测量控制系统，所述测量控制系统包括：用于测试所述固体实验样本的质量损失速率的高精度电子天平；用于拍摄所述固体实验样本点燃过程的DV摄像机；用于测量所述气体管道出口的气体流速的热线风速仪；设置于所述气体管道出口的热电偶、高速红外热像仪，辐射热流计，总热流计以及气体分析系统；
[0016]还包括与所述热线风速仪、所述热电偶、所述辐射热流计以及所述总热流计均通讯连接的数据处理装置。
[0017]优选的，所述的点燃实验模拟装置，所述气体分析系统包括设置于所述气体管道出口的集气罩，与所述集气罩相连通的鼓风机以及用于测量气体中二氧化碳、一氧化碳、氧气和水蒸气含量的气体分析仪。
[0018]优选的，所述的点燃实验模拟装置，还包括用于固定所述DV摄像机的第一固定架，用于固定所述高速红外热像仪的第二固定架以及用于支撑所述固体实验样本的样本支撑架。
[0019]优选的，所述的点燃实验模拟装置，所述气体管道内气体的温度范围为25
‑
850℃，流速范围为0
‑
10m/s，氧气浓度范围为0
‑
40％。
[0020]优选的，所述的点燃实验模拟装置，所述辐射加热系统的辐射热通量范围为0
‑
70kW/m2。
[0021]本专利技术提出的点燃实验模拟装置，包括对流加热系统、辐射加热系统以及固体实验样本；对流加热系统包括气体管道、设置于气体管道入口的空气压缩机和对流加热器以及用于控制对流加热器的对流加热控制柜；气体管道出口的内周面设有铂片，外周面包裹有水冷套管，内壁设有能够使空气穿过的铂网；气体管道内的气体为氧气和氮气的混合物；固体实验样本设置于气体管道出口的上方；辐射加热系统包括设置于气体管道出口的红外加热模块和用于控制红外加热模块的红外加热控制柜。上述点燃实验模拟装置包括对流加热系统和辐射加热系统，并设有对流加热控制柜和红外加热控制柜，能够相对独立地调节对流加热系统和辐射加热系统对固体实验样本所施加的对流加热热流值和辐射热通量值，以实现对辐射热通量和对流加热热流的精准控制；且在气体管道的出口设置铂片、铂网和水冷套管，以使出口端成为低辐射管道，进而能够更灵活地调控装置所提供的总热通量中辐射热通量与对流加热热流的相对比例。因此，本专利技术提出的点燃实验模拟装置，能够相对
独立地实现对辐射热通量和对流加热热流的控制，解决了现阶段该领域的难题。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术具体实施方式中点燃实验模拟装置的示意图；
[0024]图2为本专利技术具体实施方式中对流加热系统的正视图；
[0025]图3为本专利技术具体实施方式中气体管道的立体图；
[0026]图4为本专利技术具体实施方式中气体管道出口的俯视图；
[0027]图5为本专利技术具体实施方式中气体管道出口的剖视图；
[0028]图6为本专利技术具体实施方式中辐射加热系统的示意图。
[0029]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种点燃实验模拟装置，其特征在于，包括对流加热系统、辐射加热系统以及固体实验样本；所述对流加热系统包括气体管道(1)、设置于所述气体管道(1)入口的空气压缩机(2)和对流加热器(3)以及用于控制所述对流加热器(3)的对流加热控制柜(4)；所述气体管道(1)出口的内周面设有铂片(5)，外周面包裹有水冷套管(6)，内壁设有能够使气体穿过的铂网(7)；所述气体管道(1)内的所述气体为氧气和氮气的混合物或者空气；所述固体实验样本设置于所述气体管道(1)出口的上方；所述辐射加热系统包括设置于所述气体管道(1)出口的红外加热模块(8)和用于控制所述红外加热模块(8)的红外加热控制柜(9)。2.根据权利要求1所述的点燃实验模拟装置，其特征在于，所述空气压缩机(2)与所述对流加热器(3)之间还设有冷冻式干燥机(10)、减压阀(11)以及气体质量流量控制器(12)。3.根据权利要求1所述的点燃实验模拟装置，其特征在于，还包括用于固定所述气体管道(1)的管道支架(13)，所述气体管道(1)的外周面包裹有保温材料(14)。4.根据权利要求3所述的点燃实验模拟装置，其特征在于，还包括用于固定所述红外加热模块(8)的模块支架(15)，所述模块支架(15)通过所述管道支架(13)固定于所述气体管道(1)的出口。5.根据权利要求1所述的点燃实验模拟装置，其特征在于，还包括用于支撑所述对流加热器(3)的升降台(16)；所述对流加热器(3)通过法兰(17)与所述气体管道(1)相连接。6.根据权利要求1所述的点燃实验模拟装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷佼，赵伟杰，张林鹤，刘乃安，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：