一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统

摘要

本发明公开了一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统，其包括油池尺寸调节机构、热反馈测量机构、羽流温度测量机构、控制机构。本发明的优点在于：针对尺寸可变的油池燃烧进行测量的综合试验装置，可以实现燃烧过程中油池尺寸的调节，而且可以实现无间断连续调节。相比目前的油盘，本发明拟根据压力变送器采集的燃油压力的变化，经中央控制单元的计算，通过数控流量阀控制油箱阀门供给到燃烧油池的速度，从而精确控制燃烧油池液面的高度和面积，操作方便；燃烧油池设计为池壁涂有绝热层的大张开角的漏斗形燃烧油池。

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧学和火灾科学的实验技术领域，具体涉及一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统。

背景技术

目前，在燃烧学及火灾科学领域，经常会涉及到开展液体燃料的油池火实验。通过实验来研究油类燃烧特性。当油盘直径大于0.2m时，火焰为紊流状态，当油盘直径大于1m时，火焰中有大量的烟产生，同时随着尺寸变大后燃烧效率变小，很多的烟尘阻碍辐射量，即油池火的燃烧特性具有尺寸相关性，小尺寸的油池火很难预测大尺寸的油池火的性能，因此为了弄清楚油池火的燃烧特性，有必要进行各种尺寸的油池燃烧试验。

燃料接受的热反馈量将决定燃烧过程的发展，通过对可变尺寸的油池火进行实验研究可以深入了解油池的燃烧过程和特性，而对油池火的热反馈进行理论分析可以进一步了解油池火的热传递机理，分析油池火的控制模式，从而控制油池火灾提供理论依据。

目前，燃油燃烧试验装置在结构上具有局限性，只能对固定尺寸的油池进行测量，整个实验过程中没有油池尺寸的变化，无法实现对不同尺寸油池火的燃烧特性的研究。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统，其通过精确测量不同尺寸下的油池火热反馈参数，从而研究油池火的控制模式，一方面可以极大的节约研究成本，另一方面对于燃油池火的尺寸控制机理具有指导意义。

为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统，其包括油池尺寸调节机构、热反馈测量机构、羽流温度测量机构、控制机构：

所述油池尺寸调节机构包括漏斗形的绝热燃烧油池、一端与绝热燃烧油池底部的供油口连通的供油管道，所述供油管道的另一端与补给油池底部连通，所述补给油池上方还设有油箱，所述绝热燃烧油池设于称重天平上，所述供油管道上还设有压力变送器、数控流量阀，所述油箱上设有电磁阀；

所述热反馈测量机构包括设置在绝热燃烧油池上用于测量绝热燃烧油池辐射量的全热流计、辐射热流计，用于测量绝热燃烧油池表面温度分布的热电偶；

所述羽流温度测量机构包括设于绝热燃烧油池外的热电偶支架，所述热电偶支架上述设有的羽流温度热电偶；

所述控制机构包括加载控制系统的工业计算机、数据采集模块，所述工业计算机与数据采集模块、数控流量阀、电磁阀连通，所述数据采集模块与压力变送器、全热流计、辐射热流计、热电偶、羽流温度热电偶连通。

进一步地，所述补给油池上侧壁处设有溢流口，所述溢流口与用于接收补给油池溢出油液的存储池连通。

进一步地，所述全热流计、辐射热流计有两队以上且成对摆放。

更进一步地，所述热电偶有三个以上且按照温度梯度摆放。

更进一步地，所述羽流温度热电偶有五个以上且照温度梯度分布。

作为优选项，所述绝热燃烧油池下方还设有油池支架，所述绝热燃烧油池和油池支架均设置在称重天平上。

作为优选项，所述补给油池的储油量大于或等于绝热燃烧油池的燃烧耗油量，所述补给油池设置的水平高度高于绝热燃烧油池。

作为优选项，所述绝热燃烧油池的底面圆直径为0.04～0.06m，开口圆直径为1.8～2.2m，开角为65～75°。

本发明的优点在于：

1、本发明针对尺寸可变的油池燃烧进行测量的综合试验装置，可以实现燃烧过程中油池尺寸的调节，而且可以实现无间断连续调节。相比目前的油盘，本发明拟根据压力变送器采集的燃油压力的变化，经中央控制单元的计算，通过数控流量阀控制油箱阀门供给到燃烧油池的速度，从而精确控制燃烧油池液面的高度和面积，操作方便；

2、本发明中的燃烧油池设计为池壁涂有绝热层的大张开角的漏斗形燃烧油池。油池的液面面积可以精确改变，同时涂有绝热层的池壁对油池燃料的热传导干扰非常低，有利于对燃烧控制模式的探究；

3、通过控制机构，方便操作人员实时动态观察和调整液面面积，达到方便、简单、直观、高效进行液面面积调整的目的；

4、通过数字控制加载，提高了加载的精准度，可以实现油池液面面积的长期稳定，实现了模型的数字化、可视化、和智能化。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为油池尺寸调节机构的流程图。

图中：绝热燃烧油池1(其中：供油口1.1、全热流计1a、辐射热流计1b、热电偶1c)、供油管道2(其中：压力变送器2a、数控流量阀2b)、补给油池3、油箱4、称重天平5、热电偶支架6、羽流温度热电偶7、工业计算机8、数据采集模块9、存储池10(其中：溢流口10.1)、油池支架11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1～2所示的一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统，其包括油池尺寸调节机构、热反馈测量机构、羽流温度测量机构、控制机构：

所述油池尺寸调节机构包括漏斗形的绝热燃烧油池1、一端与绝热燃烧油池1底部的供油口1.1连通的供油管道2，所述供油管道2的另一端与补给油池3底部连通，所述补给油池3上方还设有油箱4，所述补给油池3上侧壁处设有溢流口10.1，所述溢流口10.1与用于接收补给油池3溢出油液的存储池10连通。所述绝热燃烧油池1设于称重天平5上，所述供油管道2上还设有压力变送器2a、数控流量阀2b，所述油箱4上设有电磁阀4.1；所述绝热燃烧油池1下方还设有油池支架11，所述绝热燃烧油池1和油池支架11均设置在称重天平5上。所述补给油池3的储油量大于或等于绝热燃烧油池1的燃烧耗油量，所述补给油池3设置的水平高度高于绝热燃烧油池1。

所述热反馈测量机构包括设置在绝热燃烧油池1上用于测量绝热燃烧油池1辐射量的全热流计1a、辐射热流计1b，用于测量绝热燃烧油池1表面温度分布的热电偶1c；所述全热流计1a、辐射热流计1b有两队以上且成对摆放。所述热电偶1c有三个以上且按照温度梯度摆放。

所述羽流温度测量机构包括设于绝热燃烧油池1外的热电偶支架6，所述热电偶支架6上述设有的羽流温度热电偶7；所述羽流温度热电偶7有五个以上且照温度梯度分布。

所述控制机构包括加载控制系统的工业计算机8、数据采集模块9，所述工业计算机8与数据采集模块9、数控流量阀2b、电磁阀4.1连通，所述数据采集模块9与压力变送器2a、全热流计1a、辐射热流计1b、热电偶1c、羽流温度热电偶7连通。

本实施例中：所述绝热燃烧油池1的底面圆直径为0.05m，开口圆直径为2.0m，开角为70°。

测量时，点燃绝热燃烧油池1中的燃油，在控制机构输入液面面积指令，燃油由油箱4持续补给到补给油池3，压力变送器2a负责实时测量供油管道2中的压力值，并将压力值转化成电信号通过线路反馈到控制机构中的数据采集模块9，数据采集模块9将这些压力值转化成油池液面面积数字信号后在控制机构上实时显示和存储；工业计算机8将预先编制好的程序存储在数据采集模块9的内存中，通过工业计算机8的计算当前流量是否符合设定的要求，向数控流量阀2b下载指令，控制数控流量阀2b的荷载输出，以此来实现对绝热燃烧油池1液面面积的控制。

工作原理：

由于绝热燃烧油池1火燃烧具有尺寸相关性，小尺寸池火很难预测大尺寸池火的燃烧性能。为模拟不同尺寸油池火的燃烧性能，池壁涂有绝热层的大张开角的漏斗形绝热燃烧油池1，并通过数控流量阀2b实现对绝热燃烧油池1燃料的精确加载。操作人员在控制机构的工业计算机8中输入绝热燃烧油池1液面面积值，当压力变送器2a采集到压力变化时，将力学信号转化为电信号通过电气线路传递到数据采集模块9，工业计算机8经过计算，将数字信号转化为电信号，通过电气线路传递到数控流量阀2b。数控流量阀2b里面的数控电机根据电信号来调整旋转方向及时间，通过内部丝杆和丝杆副的传动关系，将电机轴的传动转换为阀门的直线运动，以此控制阀门和阀门口的间隙，达到精确控制流量的目的，进而起到精确控制油池液面面积的目的。在控制过程中，压力变送器实时测量供油管道的压力变化，并将压力值转换为数字信号后，传递到数据采集模块9，工业计算机8通过计算，将油池液面面积在控制机构上显示。油池液面面积变化历史由控制机构自动记录。

在供油管道2中依次设有压力变送器2a和数控流量阀2b，绝热燃烧油池1表面的圆心位置开始按照温度梯度摆放两对以上的全热流计1a，全热流计1a的测量量程为0-50MW/m2，每个全热流计1a上装有耐高温石英罩。

在绝热燃烧油池1中心位置按照温度梯度布置测量液面接受火焰热反馈的全热流计1a和接受辐射热反馈的辐射热流计1b，用耐高温石英罩在全热流计1a和辐射热流计1b上方，避免了火焰直接炙烤。

整个液面接收到的辐射热反馈Q_rad为：

Q_rad＝S*Q_radiation

Q_radiation＝(V/K_s)/k

其中S为绝热燃烧油池1燃烧油池液面面积，V为通过辐射热流计1b所采集得到的电压值，K^s为传感器灵敏度，k为耐高温石英罩对辐射量透过百分比。

所述羽流温度测量机构包括设于绝热燃烧油池1外的热电偶支架6，所述热电偶支架6上述设有五个以上照温度梯度分布的羽流温度热电偶7，测量羽流温度热电偶为R型高温热电偶。

称重天平5实时测量并采集燃烧油池质量损失速率，用于获取漏斗形池火火源功率值Q为：

Q＝mΔH

其中Q为环形油池池火火源功率值，ΔH为燃料的燃烧热值，m为燃油的质量损失速率，m由称重天平测量获得。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。