一种研究不同液位深度池火燃烧特性的实验装置

摘要

本发明公开了一种研究不同液位深度池火燃烧特性的实验装置，包括燃烧器和数据采集系统，燃烧器整体为圆柱形，上部由开口的石英玻璃管组成，下部由具有高度调节器的内杯和外杯组成，可根据所需研究的不同液位深度调节内杯和外杯的高度位置，内杯下燃料管相连，外杯与空气管相连。本发明相比现有技术具有以下优点：可通过调节通入的空气流量改变空燃比，调节高度调节器来调整液位深度，来观测不同液位深度和空燃比条件下气体池火燃烧的特性；热电偶和辐射计可将实验中，燃料燃烧的辐射量和温度场信息实时传递给计算机用于分析池火燃烧的特性。

说明书

技术领域

本发明领域涉及一种燃烧器，尤其涉及的是一种研究不同液位深度池火燃烧特性的实验装置。

背景技术

近年来，发生在我国石化、化工等过程工业的火灾事故呈上升趋势。火灾若发生一些大型危化品存储设施中，如大型储油罐，可能会发生非常严重的罐体变形、倾斜、泄漏甚至爆炸事故，往往造成大量的人员伤亡、重大的经济损失或严重的环境污染，其后果将不堪设想。针对此类情况，有必要开展液位深度储油罐火灾燃烧特性的研究，得到在复杂外部边界条件下，不同液位深度条件下储油罐火灾动力学演化规律；为完善火灾和过烧后压力容器的完整性评价方法和标准规范提供相应的数据和实验支持。从国内外的研究进展来看，不论外部环境的变化与油盘尺寸的变化，前人得到了重要的基础数据和研究结论，他们所开展的研究或是针对全开口液体池火的燃烧特性展开，或是针对相邻储罐所受的辐射强度和温度分布情况开展，而目前关于不同液位深度条件下池火燃烧特性的相关研究还较少，相应的许多问题还不明晰，如液体池火在不同液面高度情况下，对液体池火的燃烧速率的影响。其火焰特性与液面高度变化相互耦合的作用下的对应关系，内部的温度和辐射强度分布。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种研究不同液位深度池火燃烧特性的实验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种研究不同液位深度池火燃烧特性的实验装置，包括燃烧系统和数据采集系统两部分组成，其特征在于：所述燃烧系统主体为一设置于平板底座上的圆柱形石英玻璃管，在所述石英玻璃管内设置有内杯和外杯，所述外杯外径与石英玻璃管内径相同，所述内杯设置于外杯内，内杯的外径小于外杯的内径，所述内杯与外杯均与石英玻璃管处于同轴位置，外杯与石英玻璃管之间设置有密封条进行密封，内杯底部设置有燃料管，外杯底部设置有空气管，燃料管上设置有燃料阀门和燃料流量计，空气管上设置有空气阀门和空气流量计，所述内杯和外杯底部设置有高度调节器，所述高度调节器用于调节内杯和外杯在所述石英玻璃管内的位置高度；所述数据采集系统包括热电偶、辐射计和计算机，所述的热电偶和辐射计均与所述计算机连接，所述热电偶设置于石英玻璃管侧面，由石英玻璃管外侧贯穿其侧壁伸入石英玻璃管的管腔中，所述辐射计位于内杯底部，辐射计外侧设置有石英玻璃罩，所述石英玻璃罩紧贴辐射计外表面设置。

作为对上述方案的进一步改进，所述辐射计距离内杯内侧壁的距离为内杯半径值的一半。

作为对上述方案的进一步改进，所述高度调节器由螺纹丝杆和支撑平板组成，所述螺纹丝杆由平板底座下方向上伸出，螺纹丝杆的顶端与支撑平板可转动的连接，螺纹丝杆与平板底座之间通过螺纹配合，通过转动螺纹丝杆能够调整螺纹丝杆顶端的高度，从而调整支撑平板上方的内杯和外杯在石英玻璃管内高度。

作为对上述方案的进一步改进，所述内杯中填充有整流物。

作为对上述方案的进一步改进，所述外杯中填充有整流物。

作为对上述方案的进一步改进，所述的内杯底部设置金属螺纹接头与燃料管连接，外杯底部设置金属螺纹接头与空气管连接。

作为对上述方案的进一步改进，所述的燃烧器上部石英玻璃管侧面插有多个热电偶，所述热电偶的末端布置在石英玻璃管的中心轴线处，相邻的两根热电偶之间的高度相差5-10cm。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)可通过调节燃烧器的内杯和外杯的高度研究观测不同液位深度气体池火燃烧的特性。

(2)内杯中的辐射计可将实验中，燃料燃烧的辐射量实时传递给计算机用于分析池火燃烧的特性。

(3)可通过调节通入的空气流量，改变空燃比，用以研究池火的燃烧特性。

(4)可通过调节高度调节器来调整液位深度，用以研究池火燃烧特征。

(5)热电偶可将燃烧时火焰不同高度位置的温度，实时传递给计算机用于分析池火燃烧的特性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种研究不同液位深度池火燃烧特性的实验装置，包括燃烧系统和数据采集系统两部分组成，其特征在于：燃烧系统主体为一设置于平板底座3上的圆柱形石英玻璃管11，在石英玻璃管11内设置有内杯12和外杯13，外杯13外径与石英玻璃管11内径相同，内杯12设置于外杯13内，内杯12的外径小于外杯13的内径，内杯12与外杯13均与石英玻璃管11处于同轴位置，外杯13与石英玻璃管11之间设置有密封条进行密封，内杯12底部设置有燃料管16，外杯13底部设置有空气管15，燃料管16上设置有燃料阀门162和燃料流量计161，空气管15上设置有空气阀门152和空气流量计151，内杯12和外杯13底部设置有高度调节器14，高度调节器14用于调节内杯12和外杯13在石英玻璃管11内的位置高度；数据采集系统包括热电偶21、辐射计23和计算机22，的热电偶21和辐射计23均与计算机22连接，热电偶21设置于石英玻璃管11侧面，由石英玻璃管11外侧贯穿其侧壁伸入石英玻璃管11的管腔中，辐射计23位于内杯12底部，辐射计23外侧设置有石英玻璃罩，石英玻璃罩紧贴辐射计23外表面设置。石英玻璃管11作为燃烧器系统的主体，能够方便对于火焰的观察，结合火焰的形态能够帮助分析燃烧情况；同时参与燃烧的空气流量完全由外杯13提供，并可精确控制，周围环境空气被石英玻璃管11阻隔无法参与燃烧，并以此为基础研究火焰的行为动力学特性。内杯12和外杯13分别负责供应燃料和空气，方便对空燃比进行调整，用于模拟各种罐体火灾情况。通过高度调节装置能够调节内杯12和外杯13距离石英玻璃管11顶部开口的距离，从而模拟不同的液面高度情况下池火的燃烧情况。密封条能够防止外部空气由底部进入石英玻璃管11，真实模拟现实罐体内的火焰燃烧情况。为测试火焰对燃料表面的辐射强度，内杯12底部设置的辐射计23能够从火焰的底部对燃烧的辐射情况进行测量，由于其位于火焰底部相对稳定的位置，测量的数据相对稳定准确，利于后期的计算工作进行。

辐射计23距离内杯12内侧壁的距离为内杯12半径值的一半。

高度调节器14由螺纹丝杆142和支撑平板141组成，螺纹丝杆142由平板底座3下方向上伸出，螺纹丝杆142的顶端与支撑平板141可转动的连接，螺纹丝杆142与平板底座3之间通过螺纹配合，通过转动螺纹丝杆142能够调整螺纹丝杆142顶端的高度，从而调整支撑平板141上方的内杯12和外杯13在石英玻璃管11内高度。通过这样的设置，能够方便的调整内杯12和外杯13距离石英玻璃管11顶部的距离，从而模拟不同液面高度的池火的燃烧情况，能够快速获得大量的模拟数据，帮助分析燃烧情况。

内杯12中可选择填充整流物。为使气体燃料由内杯12顶部各处均匀流出，当燃料为气体状态时，内杯12需填充整流物，以仿真模拟现实火灾情况；当燃料为液体状态时，就无需填入整流物。

外杯13中填充有整流物。为模拟现实火灾条件，需要使空气由外杯13顶部各处均匀流出，在外杯13内填充整流物，可以保持空气由四周向内杯12中的燃料流动混合，这样的情况相比单一由管道通入空气更加符合现实情况。

内杯12底部设置金属螺纹接头与燃料管16连接，外杯13底部设置金属螺纹接头与空气管15连接。金属螺纹接头方便装卸，能够减少装配的工作量。

燃烧器上部石英玻璃管11侧面插有多个热电偶21，热电偶21的末端布置在石英玻璃管11的中心轴线处，相邻的两根热电偶21之间的高度相差5-10cm。具体热电偶21之间的间距以及设置的数量依据液位深度的大小而定。

实施例2

一种使用实施例1中的实验装置研究气体池火燃烧特性的操作方法，首先根据所研究的液位深度通过高度调节装置14来调节内杯12和外杯13的高度，向内杯12和外杯13中装填整流物，调节燃料管阀门171，通过燃料管流量计172确定所需的燃料，由燃料管15通入到内杯12中，通过内杯中的整流物进行整流，调节空气管阀门161，通过空气管流量计162确定所需的空气，由空气管16通入到外杯13中，通过外杯中的整流物进行整流，打开数据采集系统中的计算机22，接通热电偶21和辐射计23，点燃内杯12中的气体燃料，待气流稳定后通过计算机22上所接受的数据，研究气体池火燃烧特性。

实施例3

一种使用实施例1中的实验装置研究液体池火燃烧特性的操作方法，首先根据所研究的液位深度通过高度调节装置14来调节内杯12和外杯13的高度，向外杯中装填整流物，打开燃料管阀门151，液体燃料由燃料管15通入到内杯12中，待内杯12中充满燃料时，打开空气管阀门161调节空气流量，根据空气管流量计162确定通入空气的流量，空气通过外杯13中的整流物料15进行整流，打开数据采集系统中的计算机22，接通热电偶21和辐射计23，点燃内杯12中的液体燃料，通过计算机22上所接受的数据，研究池火燃烧特性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。