一种环境风作用下宽阔水面油池火燃烧模拟装置

摘要

本发明公开了一种环境风作用下宽阔水面油池火燃烧模拟装置，包括横向风系统、宽阔水面油池火模拟系统和设置于宽阔水面油池火模拟系统旁侧且与之形成连通系统的液面稳定系统；所述横向风系统通过数字变频器控制轴流风机，用于提供模拟实验所需的环境风；所述宽阔水面油池火模拟系统通过在水池内部固定小尺寸油池提供模拟宽阔水面油池火的燃烧平台；所述液面稳定系统依靠L型PC管与宽阔水面油池火模拟系统相连形成连通器系统，用于控制实验过程中燃油液面高度恒定不变。有益效果是：可提供相似度较高的宽阔水面油池火燃烧边界条件，采用可调节高度的液面稳定系统，消除燃烧过程中壁面传热作用的影响，提高实验可信度、准确度和可重复性。

说明书

技术领域

本发明属于火灾安全技术领域，涉及一种宽阔水面油池火燃烧模拟装置，特别涉及一种环境风作用下宽阔水面油池火燃烧模拟装置。

背景技术

近年来，在海上石油开采与运输过程中，溢油事故时有发生，泄漏的燃油会在海洋表面形成大范围的油池火灾，造成重大的经济损失与海洋环境破坏。因此，对于宽阔水面油池火灾的研究，特别是对于环境风作用下宽阔水面油池火的研究日渐成为重点。现阶段，对于水面油池火灾的研究主要有小尺寸、大尺寸实验研究和数值模拟研究。大尺寸试验由于规模较大，试验费用较高，试验场地有限，使得试验的重复性受到限制；数值模拟研究的准确性对边界条件和燃料物性参数的正确设置依赖度较高，而海洋环境复杂多变、泄漏燃油多为混合物，难以准确设置模拟参数，且所建模型计算的有效性需要通过试验来进一步验证；而开展小尺寸试验可以弥补大尺寸试验和数值模拟研究的不足，很好满足试验的全面性和可重复性。

目前研究小尺寸水面油池火模拟实验，多是使用受限油池或在模拟油罐下方添加垫水层来模拟水面油池火的燃烧条件，但这些燃烧模拟装置存在着重大的缺陷：

(1)油池火面积与水面面积相同。实际海洋燃油泄漏形成的油池火为宽阔水面油池火，即水面面积相比油池火面积可近似为无限大，而现有的燃烧装置通过在油层下方添加垫水层来模拟水面油池火，使水层面积与油池火面积一致，与实际泄漏形成的油池火情况不符；

(2)壁面传热作用造成实验误差。现有燃烧装置的油盘在实验过程中，燃油液面高度会随着燃烧反应逐渐降低，导致壁面传热在燃烧实验热传递过程中的作用不可忽略，这与实际的宽阔水面油池火无壁面燃烧的传热过程存在明显不同，使实验结果与实际的宽阔水面油池火燃烧存在偏差。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种环境风作用下宽阔水面油池火燃烧模拟装置，可有效模拟海洋燃油泄漏油池火灾的燃烧环境与条件，消除燃烧过程中壁面传热作用对燃烧的影响，提高水面油池火模拟实验的可重复性。

一种环境风作用下宽阔水面油池火燃烧模拟装置，其特征是：包括横向风系统、宽阔水面油池火模拟系统和设置于宽阔水面油池火模拟系统旁侧且与之形成连通系统的液面稳定系统。

所述横向风系统主要由整流罩、轴流风机、数字变频器、整流板、热线风速仪、支撑架和固定支架组成，所述整流罩为圆筒形结构且底部设有固定支架，所述整流罩内部一侧安装有与数字变频器相连接的轴流风机，整流罩内部中部安装有外径与整流罩内径相同的圆形横向整流板，整流罩内部另一侧设置有固定在支撑架上的热线风速仪。

所述宽阔水面油池火模拟系统主要由水池、油池、油池支架、L型PC管和承重架组成，所述水池底部设有承重架，水池由不锈钢材质制成且前后采用高透光玻璃，所述承重架为具有一定高度的四角钢结构，所述油池下端固定于安装在水池底面的油池支架上，油池由耐高温Pyrex透明玻璃材质制成、呈圆柱形结构且位于水池中央，所述油池采用中空设计且顶部与水池齐平，底部与水池相连通，所述L型PC管上端出口到达油池顶部，下端出口通过水池底部的圆孔与液面稳定系统的不锈钢软管乙相连，形成连通器系统。

所述液面稳定系统主要由稳定框架、上层承重平台、下层承重平台、储油池、补给池、回收池、补给口、溢油口、阀门甲、阀门乙、不锈钢软管甲、不锈钢软管乙和地脚螺栓组成，所述稳定框架上下端分别设有放置储油池的上层承重平台、放置补给池和回收池的下层承重平台，下层承重平台底部安装有四个对称的高度可调的地脚螺栓，所述储油池依靠不锈钢软管甲与补给池相连并向补给池提供燃油，所述补给池在定高点设有溢油口、补给口且补给口高度低于溢油口，补给池依次通过补给口、不锈钢软管乙、L型PC管下端出口与宽阔水面油池火模拟系统相连形成连通器系统，所述回收池位于外延溢油口的正下方，所述阀门甲和阀门乙可分别控制储油池、补给池燃油流速。

本发明的有益效果是：本发明可以提供相似度较高的环境风作用下宽阔水面油池火的燃烧条件；消除模拟实验过程中，液面降低引起的壁面传热作用导致的实验误差；通过调节补给池高度连续控制油池初始液面高度，提高燃烧实验的可重复率；整个模拟装置的误差小，灵活性高，重复性强。

附图说明

附图1是本发明的整体结构示意图。

附图2是本发明的横向风系统结构示意图。

附图3是本发明的宽阔水面油池火模拟系统结构示意图。

附图4是本发明的液面稳定系统结构示意图。

上图中：横向风系统1、宽阔水面油池火模拟系统2、液面稳定系统3、整流罩4、轴流风机5、数字变频器6、整流板7、热线风速仪8、支撑架9、固定支架10、水池11、油池12、油池支架13、L型PC管14、承重架15、稳定框架16、上层称重平台17、下层承重平台18、储油池19、补给池20、回收池21、补给口22、溢油口23、阀门甲24、阀门乙25、不锈钢软管甲26、不锈钢软管乙27、地脚螺栓28。

具体实施方式

结合附图1-4，对本发明作进一步的描述：

参见附图1，一种环境风作用下宽阔水面油池火燃烧模拟装置，包括横向风系统1、宽阔水面油池火模拟系统2以及设置于宽阔水面油池火模拟系统2旁侧且与之形成连通系统的液面稳定系统3，所述横向风系统1提供稳定的横向风，用以模拟实验所需的环境风，所述宽阔水面油池火模拟系统2用于提供宽阔水面油池火的燃烧平台，所述液面稳定系统3依靠不锈钢软管乙27连接L型PC管14，与宽阔水面油池火模拟系统2形成连通器系统，用于控制实验过程中燃油液面高度恒定不变，一方面消除因液面高度降低引起的壁面传热作用，另一方面可在一定范围内连续调节液面高度满足实验要求。

参见附图2，所述横向风系统1由整流罩4、轴流风机5、数字变频器6、整流板7、热线风速仪8、支撑架9和固定支架10组成，所述整流罩4为圆筒形结构且底部设有固定支架10，所述整流罩4内部一侧安装有与数字变频器6相连接的轴流风机5，整流罩4内部中部安装有外径与整流罩4内径相同的圆形横向整流板7，整流罩4内部另一侧设置有固定在支撑架9上的热线风速仪8；通过调节数字变频器6，控制轴流风机5的转速，轴流风机5出风口端获得的风流流过整流板7后，转变为具有一定风速的稳定横向风，进而流过热线风速仪8，确定横向风系统1所提供的环境风风速大小，这样就可以模拟小尺寸风洞结构。

参见附图3，所述宽阔水面油池火模拟系统2由水池11、油池12、油池支架13、L型PC管14和承重架15组成，所述水池11底部设有承重架15，水池11由不锈钢材质制成且前后采用高透光玻璃，便于实验过程中观察燃烧池内液面及燃油状态变化，所述承重架15为四角钢结构，四角设计使水池11下方中空，便于调节L型PC管14竖直方向的高度，以满足实验过程中不同油层厚度要求，所述油池12下端固定于安装在水池11底面的油池支架13，油池12由耐高温Pyrex透明玻璃材质制成、呈圆柱形结构且位于水池11中央，所述油池12顶部与水池11齐平，采用中空设计且底部与水池11相连通，由于油池12面积远小于水池11面积，合理的模拟了宽阔水面油池火燃烧的边界条件，所述L型PC管14上端出口到达油池12顶部，下端出口通过水池11底部的圆孔与液面稳定系统3的不锈钢软管乙27相连，形成连通器系统，为防止实验过程中出现漏水现象，分别在透光玻璃与不锈钢材质接口处、L型PC管14与水池11内部的接口处做密封处理。

参见附图4，所述液面稳定系统3由稳定框架16、上层承重平台17、下层承重平台18、储油池19、补给池20、回收池21、补给口22、溢油口23、阀门甲24、阀门乙25、不锈钢软管甲26、不锈钢软管乙27和地脚螺栓28组成，所述稳定框架16上下端分别设有放置储油池19的上层承重平台17、放置补给池20和回收池21的下层承重平台18，所述补给池20两侧分别设有补给口22、溢油口23且补给口22高度低于溢油口23，所述溢油口23正下方放置回收池21，所述补给口22端通过不锈钢软管乙27与L型PC管14下端出口相连形成连通器系统，所述补给池20通过这一连通管，持续向油池12提供燃料，所述储油池19利用不锈钢软管甲26通过侧面的补给口与补给池20相连，持续向补给池20补给燃油，所述阀门甲24和阀门乙25可分别控制储油池19、补给池20燃油流速，所述下层承重平台18底部安装有四个对称的可调节高度的地脚螺栓28，便于调节下层承重平台18高度并可适应实验所需的液面高度要求。

实验开始前，首先固定横向风系统1的位置，调整横向风系统1到宽阔水面油池火模拟系统2的距离，调节数字变频器6，控制轴流风机5转速，使经过热线风速仪8的横向风风速达到模拟实验需要，然后根据模拟实验需要，向水池11中注满水，向油池12中注入定量燃油，分别向储油池19、补给池20中注入足量的燃油，使补给池20内燃油液面高度达到溢油口23高度，调整下层承重平台18下方的地脚螺栓28，控制补给池20的液面高度与油池12燃油液面高度齐平，同时上下调节L型PC管14，使其上端出口到达油池12燃料层，并将L型PC管14下端出口与液面稳定系统3相连通；实验开始后，将储油池19端阀门甲24与补给池20端的阀门乙25打开，控制通过阀门甲24的流量始终大于阀门乙25的流量，使补给池20燃油液面始终处在溢油口23高度，保证补给池20、油池12中的燃油液面高度恒定不变，多余燃油通过溢油口23流向下方的回收池21进行回收。

本发明的有益效果是：可提供稳定的横向风和相似度较高的宽阔水面油池火的边界条件，合理的模拟了实际海洋燃油泄漏形成的环境风作用下宽阔水面油池火灾，提高实验的可信性；运用连通器原理，消除了实验过程中燃油液面高度降低导致的壁面传热作用，提高实验准确度；可调节高度的液面稳定系统，控制燃油液面高度连续可调，提高实验可重复率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不局限于上述具体实施方式，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均属于本发明的保护范围。