用于细水雾灭火实验过程的质量损失速率测试系统及方法

摘要

本发明涉及消防技术领域，具体涉及了一种用于细水雾灭火实验过程的质量损失速率测试系统及方法。该测试系统包括：燃烧油盘、称量机构、细水雾喷头、集水槽、质量传感器、支撑架及移动机构；所述燃烧油盘设置在所述称量机构上，在所述燃烧油盘内装有燃料；所述细水雾喷头对应设置在所述燃烧油盘的上方，且所述细水雾喷头所喷出的雾滴相对于所述集水槽的中轴线呈轴对称分布；所述集水槽设置在所述质量传感器上，且在所述集水槽内设有多个独立的收集单元；所述质量传感器设置在支撑架上，用于测试各个所述收集单元所收集的雾滴质量；所述移动机构用于驱动所述支撑架升降移动。该测试系统可准确、方便地对细水雾灭火过程中的质量进行定量测量。

说明书

技术领域

本发明涉及消防技术领域，尤其涉及一种用于细水雾灭火实验过 程的质量损失速率测试系统及方法。

背景技术

热释放速率是火灾危害分析中重要的因素，它是物质燃烧性能中 最重要的参数。因此对于热释放速率的测量尤为重要。目前，主要通 过两种方法测量热释放速率，其一，耗氧法，研究表明，消耗单位摩 尔质量的氧气产生的能力趋于定值，基于这个原理结合CO₂、CO生成 量可以计算出燃料的热释放速率，大型的锥形量热仪也只是在自然风 作用下测试燃料的热释放速率。而且很多现场实验风速条件多变且并 不具备锥形量热仪，因此更多的测试热释放速率采用称重法，即通过 计算燃料的质量损失速率从而计算热释放速率。但是，在火灾实验及 理论模型计算过程中，在细水雾与火源相互作用的阶段，由于细水雾 与火源作用时，细水雾雾滴直接进入了燃料内部，造成燃料质量的增 加，而燃料因为燃烧质量会逐步减小，因此无法准确判断燃料的减小 值，也就无法准确描述燃料的质量损失速率，因此火源的热释放速率 无法明确定义。有些学者直接使用未施加细水雾时的热释放速率作为 计算值，很显然这与实际情况不符，因此测出细水雾灭火过程中热释 放速率值对于研究细水雾灭火机理及定量研究其灭火效果具有极其重 要的意义。

此外，细水雾与烟气的相互作用定量研究较少也较复杂，细水雾 与烟气的凝并作用是其中研究的重点。细水雾经过高温烟气层时由于 烟气层温度过高会大量的蒸发，使得穿过烟气层到达火焰表面的细水 雾雾通量减少。对于这些问题，在细水雾灭火过程的实验研究中都或 近似或忽略或由于实验条件无法满足而只是进行了定性的描述。而且 由于细水雾分布不均匀，因此每个微小单元的细水雾雾通量也不尽相 同，因此定量的描述单位区域通过烟气层的细水雾通量以及到达火焰 表面的细水雾雾通量对于定量研究细水雾与烟气及火焰的相互作用尤 为重要。

综上，现有技术中存在如下缺陷：一、无法定量描述细水雾与火 源作用时火源的热释放速率；二、未定量考虑微小单元内细水雾穿过 高温烟气层的质量损失分布；三、未定量考虑细水雾到达火焰表面不 同区域的雾通量分布。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有技术中无法准确、方便地完成在 细水雾灭火过程中定量研究的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于细水雾灭火实验 过程的质量损失速率测试系统，其包括燃烧油盘、称量机构、细水雾 喷头、集水槽、质量传感器、支撑架及移动机构；

所述燃烧油盘设置在所述称量机构上，且在所述燃烧油盘内装有 燃料；所述细水雾喷头对应设置在所述燃烧油盘的上方；且所述细水 雾喷头所喷出的雾滴相对于所述集水槽的中轴线呈轴对称分布；所述 集水槽设置在所述质量传感器上，且在所述集水槽内设有多个独立的 收集单元；所述质量传感器设置在支撑架上，用于测试各个所述收集 单元所收集的雾滴质量；所述移动机构用于驱动所述支撑架升降移动。

其中，还包括集水管；所述集水管呈半圆状横跨在所述燃烧油盘 的两侧，所述集水管上对应于所述燃烧油盘正上方的一段设有开口， 用于收集落入所述燃烧油盘的雾滴；当所述集水槽移动至所述燃烧油 盘的下方时，所述集水管的两端分别与所述集水槽上的位于所述燃烧 油盘两侧的收集单元连接。

其中，所述称量机构为电子天平。

其中，所述移动机构包括步进电机及传动组件，所述步进电机通 过传动组件与所述支撑架连接。

其中，各个所述收集单元呈方格状均匀分布在集水槽中。

其中，所述细水雾喷头通过高压进水管与供水设备连接。

本发明还提供一种采用上述质量损失速率测试系统的测试方法， 该测试方法用于测量细水雾穿过烟气层的质量损失，其特征在于，包 括如下步骤：

S1、控制燃烧油盘在有火源燃烧的工况下，待火源稳定后会在其 上方形成高度稳定的烟气层；

S2、移动机构根据烟气层的高度自动调节支撑架的高度，使得集 水槽位于烟气层的下边界处；

S3、控制细水雾喷头，使其按照预设时间喷出细水雾，该细水雾 经过烟气层后落入集水槽，然后通过质量传感器实时测量集水槽中所 收集的雾滴质量，从而测得经过烟气层汽化蒸发后进入火焰区的雾滴 质量测量值；

S4、控制燃烧油盘在无火源燃烧的工况下，集水槽保持与步骤S2 相同高度，同时控制细水雾喷头也按照预设时间喷出细水雾；通过质 量传感器测得雾滴质量实际值；将雾滴质量实际值与雾滴质量测量值 相减后得出细水雾通过烟气层损失的雾滴质量。

本发明还提供一种采用上述质量损失速率测试系统的测试方法， 该测试方法用于测量在细水雾的作用下火源的质量损失速率，其特征 在于，包括如下步骤：

S1’、通过移动机构将支撑架移动至燃烧油盘的下方；

S2’、控制细水雾喷头，使其按照预设时间喷出细水雾，该细水雾 经过集水管的开口进入燃烧油盘两侧的集水槽，然后通过质量传感器 实时测量集水槽中所收集的雾滴质量；

S3’、根据集水管开口处表面积与燃烧油盘表面积之比求得落入整 个燃烧油盘的细水雾雾滴质量；

S4’、通过称量机构计算出燃烧油盘在预设时间内的质量损失值； 该质量损失值与细水雾雾滴质量求和后，再除以预设时间得出燃烧油 盘内燃料的质量损失速率。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明提供了一种用 于细水雾灭火实验过程的质量损失速率测试系统，可实现准确、方便 地完成在细水雾灭火过程中各个参数的定量研究；可定量的实时测量 出火灾过程中进入油池的细水雾质量准确求出燃料的质量损失速率从 而计算热释放速率；可定量的实时测量细水雾通过烟气层的雾通量， 并通过微小单元的独立质量实时测量定量描述细水雾质量损失的分 布；可定量的实时测量与火焰直接作用的细水雾雾通量分布。这些质 量的实时监测对研究细水雾灭火机理及细水雾与烟气相互作用的定量 研究具有重要的指导作用。

附图说明

图1为本发明实施例一用于细水雾灭火实验过程的质量损失速率 测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一集水槽的结构示意图；

图3为本发明实施例二用于细水雾灭火实验过程的质量损失速率 测试系统的结构示意图。

其中，1：高压进水管；2：细水雾喷头；3：烟气层；4：步进电 机；5：集水槽；6：质量传感器；7：支撑架；8：火焰；9：燃烧油 盘；10：燃料；11：电子天平；12：集水管；13：收集单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。 以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含 义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、 “前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的 方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第 一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示 相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限 定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固 定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也 可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对 于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

实施例一

如图1-2所示，本实施例一提供的用于细水雾灭火实验过程的质 量损失速率测试系统，其包括燃烧油盘9、称量机构、细水雾喷头2、 集水槽5、质量传感器6、支撑架7及移动机构；

其中，燃烧油盘9设置在称量机构上，且在燃烧油盘9内装有燃 料10，该燃烧油盘9在有火源燃烧的工况下，待火源稳定后会在其上 方形成高度稳定的烟气层3；细水雾喷头2对应设置在燃烧油盘9的上 方，且细水雾喷头2所喷出的雾滴相对于集水槽5的中轴线呈轴对称 分布；由于细水雾喷头2为关于圆心对称喷头，因此所喷出的细水雾 雾滴分布为中心对称，且沿径向方向雾滴密度逐渐减小，在集水槽5 的中轴线两侧呈轴对称分布。而且，集水槽5设置在质量传感器6上， 且在集水槽5内设有多个独立的收集单元13；同时，质量传感器6设 置在支撑架7上，用于测试各个收集单元13所收集的雾滴质量；移动 机构用于驱动支撑架7升降移动，可带动集水槽5位于烟气层3的下 边界处，也可带动集水槽5位于燃烧油盘9的下方。

实施例二

在上述实施例一的基础上，如图3所示，本实施例二还包括集水 管12；集水管12呈半圆状横跨在燃烧油盘9的两侧，集水管12上对 应于燃烧油盘9正上方的一段设有开口，用于收集落入燃烧油盘9的 雾滴；当集水槽5移动至燃烧油盘9的下方时，集水管12的两端分别 与集水槽5上的位于燃烧油盘9两侧的收集单元13连接。集水管12 的设计既不影响火焰8的燃烧，又能达到收集雾滴的目的。

为了方便称量，优选的，称量机构为电子天平11。

此外，该移动机构包括步进电机4及传动组件，步进电机4通过 传动组件与支撑架7连接。传动组件的形式并不局限，可根据实践需 要灵活设置。

各个收集单元13呈方格状均匀分布在集水槽5中，例如：收集单 元13在集水槽5的中轴线处呈两排并列分布。由于细水雾雾滴分布为 轴对称，通过质量传感器6对雾滴质量的实时测量，可以根据面积比 推算出整个细水雾覆盖区域的质量分布情况，同时绘制不同高度细水 雾雾滴质量分布云图、经过烟气层3损失的质量分布云图、穿过烟气 层3进入火焰8区的细水雾质量分布云图等。

细水雾喷头2通过高压进水管1与供水设备连接，从而实现形成 细水雾。简单的说，所谓“细水雾”为相对于“水喷雾”的概念，所谓 的细水雾，是使用特殊喷嘴、通过高压喷水产生的水微粒。在NFPA750 中，细水雾的定义是：在最小设计工作压力下、距喷嘴1米处的平面 上，测得水雾最粗部分的水微粒直径Dv0.99不大于1000μ。

实施例三

本实施例三依据上述实施例中提及的测试系统，设计出一种用于 测量细水雾穿过烟气层3的质量损失的方法，如图1所示，该测试方 法包括如下步骤：

S1、控制燃烧油盘9在有火源燃烧的工况下，待火源稳定后会在 其上方形成高度稳定的烟气层3；

S2、移动机构根据烟气层3的高度自动调节支撑架7的高度，使 得集水槽5位于烟气层3的下边界处；

S3、控制细水雾喷头2，使其按照预设时间喷出细水雾，该细水雾 经过烟气层3后落入集水槽5，然后通过质量传感器6实时测量集水槽 5中所收集的雾滴质量，从而测得经过烟气层3汽化蒸发后进入火焰8 区的雾滴质量测量值；

S4、控制燃烧油盘9在无火源燃烧的工况下，集水槽5保持与步 骤S2相同高度，同时控制细水雾喷头2也按照预设时间喷出细水雾； 通过质量传感器6测得雾滴质量实际值；将雾滴质量实际值与雾滴质 量测量值相减后得出细水雾通过烟气层3损失的雾滴质量。

实施例四

同样，本实施例四依据上述实施例中提及的测试系统，设计出一 种用于测量在细水雾的作用下火源质量损失速率的方法，如图3所示， 该测试方法包括如下步骤：

S1’、通过移动机构将支撑架7移动至燃烧油盘9的下方；

S2’、控制细水雾喷头2，使其按照预设时间喷出细水雾，该细水 雾经过集水管12的开口进入燃烧油盘9两侧的集水槽5，然后通过质 量传感器6实时测量集水槽5中所收集的雾滴质量；

S3’、根据集水管12开口处表面积与燃烧油盘9表面积之比求得 落入整个燃烧油盘9的细水雾雾滴质量；

S4’、通过称量机构计算出燃烧油盘9在预设时间内的质量损失值； 该质量损失值与细水雾雾滴质量求和后，再除以预设时间得出燃烧油 盘9内燃料10的质量损失速率。

综上，本发明提供了一种用于细水雾灭火实验过程的质量损失速 率测试系统，可实现准确、方便地完成在细水雾灭火过程中各个参数 的定量研究；可定量的实时测量出火灾过程中进入油池的细水雾质量 准确求出燃料的质量损失速率从而计算热释放速率；可定量的实时测 量细水雾通过烟气层的雾通量，并通过微小单元的独立质量实时测量 定量描述细水雾质量损失的分布；可定量的实时测量与火焰直接作用 的细水雾雾通量分布。这些质量的实时监测对研究细水雾灭火机理及 细水雾与烟气相互作用的定量研究具有重要的指导作用。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗 漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的 普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明 本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本 发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。