一种可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置

摘要

本发明公开了一种可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，包括：流淌槽模块、造浪模块、循环供水模块、供油模块、染色模块、采集模块。流淌槽模块内承装水垫层和上部油层，模拟油品在水上的扩散和燃烧；造浪模块在流淌槽内制造波浪，模拟不同强度的波浪状态；循环供水模块用于实现水的循环流动，模拟不同流速的水面流动状态；供油模块用于输送油品到流淌槽内；染色模块用于对油品进行染色；采集模块用于采集油品的蔓延及燃烧状态。本发明通过对油品进行染色，观察不点燃条件下油品在流动水面上的扩散过程。同时，在油品点燃后，测量油品燃烧的各项参数，研究水面流动及波浪存在下油品燃烧特性，为水上流淌火灾扑救提供理论支持。

说明书

技术领域

本发明涉及实验设备技术领域，尤其是涉及一种水面流动及波浪存在下的流淌火燃烧蔓延模拟装置。

背景技术

经济全球化的背景下，国际间的油品能源运输往往都采用海上运输，还有大量油品在海上储存。运输过程中，液体燃料泄漏事故时有发生。油品一旦发生泄漏，溢出的油品会随着洋流扩散，且极易被引燃，造成水上流淌火灾。随着燃烧油品的扩散，燃烧区域会随着时间的推移而扩大，对人员的生命安全和船只及附近设备构成巨大威胁，造成事故扩大。同时，在油品扩散燃烧过程中，存在洋流和环境风，导致水面出现流动和波浪状态，这使得水上流淌火灾的发展难以预料，扑灭难度增大。因此，研发一种水上流淌火模拟装置，模拟油品在水面流动及波浪存在下的扩散和燃烧情况，研究扩散规律和燃烧特性，对于有效规划灭火和预防事故升级具有重要的理论和实际意义。

流淌火灾的流动性使液体燃料泄漏火灾比油池火灾更加危险。针对流淌火模拟装置，学者已经进行了相关研究。公开(公告)号：CN205263045U，提供了一种可拼接型倾角可调式陆地流淌火实验平台，可以调节坡度，模拟泄漏油品在不同倾斜角度的坡面流淌燃烧，通过数据采集控制系统对油品的质量损失率，燃烧火焰温度，热辐射等关键参数进行采集分析，但并不能模拟水上流动的情况。公开(公告)号：CN210925183U，提供了一种中尺度隧道流淌火模拟装置，利用变坡度系统和风机系统可用于进行不同风速和不同坡度的流淌火实验，得到隧道流淌火蔓延距离，燃烧速率等参数的变化，研究隧道流淌火的蔓延和燃烧规律，但并未考虑水上流淌火情况。Li等人给出了一种静态水面上的水上流淌火模拟装置，在混凝土矩形槽内加入一定厚度的水垫层，使用滑片泵调节转速将油品通入矩形槽内，测量火焰温度、火焰对外辐射等参数，用以研究不同泄漏速率下的持续泄漏水上流淌火的蔓延燃烧机理，但只考虑了水面静止条件，与实际泄漏偏差较大。公开(公告)号：CN216525629U，提供了一种宽度和造浪强度可调的水上液体火蔓延实验平台，利用造浪泵制造波浪，水温加热器控制水的初温，通过点燃水上漂浮的一定量的液体燃料，模拟波浪条件下的瞬时泄漏流淌火蔓延，测量温度数据，研究波浪及水体温度对火焰蔓延的影响，但并未考虑水体流动及持续泄漏的情况，也未考虑延迟点火的情况。

通过对已有相关技术的调研可以得到，现有的流淌火模拟装置存在一定的局限性：流淌火的模拟装置多针对陆地流淌火，水上流淌火装置较少，且仅有的针对水上流淌火的模拟装置并未考虑水体流动的情况，水体流动会影响油品的扩散和燃烧行为。同时，现有装置也很少关注延迟点火时间，相较于即时点火，不同延迟点火时间下流淌火的最大扩散燃烧面积差别较大，影响流淌火灾危险性。对于海上油品运输过程，在意外情况下极易发生泄漏，形成一边流动一边燃烧的持续泄漏流淌火。流淌火在泄漏燃烧过程中，会受到周围水体流动和波浪的影响。依靠现有装置，很难精准反应油品在水上运输过程中泄漏流淌火场景。因此，亟需开发一款装置模拟水面流动及波浪存在条件下的油品持续泄漏流淌火的扩散和燃烧，明确波浪及水的流动对流淌火的扩散行为和燃烧特性的影响。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述不足，提供了一种可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置。本装置可模拟波浪或无浪条件下流动水面上的油品持续泄漏扩散和燃烧场景，获取流淌火灾火焰温度及对外辐射等各项火焰特性参数，有助于提升对水上泄漏流淌火的认识，为流淌火灾应急救援提供指导。

本发明公开了一种可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，该装置包括：流淌槽模块、造浪模块、循环供水模块、供油模块、染色模块、采集模块。流淌槽模块内承装水垫层和上部油层，模拟持续泄漏的油品在水上的扩散和燃烧；造浪模块在流淌槽内制造波浪，模拟不同强度的波浪状态；循环供水模块用于实现水的循环流动，模拟不同流速的水面流动状态；供油模块用于输送油品到流淌槽内，可模拟油品持续泄漏的情况；染色模块用于对油品进行染色；采集模块用于采集流淌槽内的油品蔓延及燃烧状态。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述流淌槽模块包括布流槽、过滤网、矩形流淌槽、溢流槽、支撑桌、液位计、可调挡板和点火装置，所述布流槽与所述矩形流淌槽相连，且用所述过滤网相隔，使通入布流槽内的水平稳均匀的进入矩形流淌槽；所述矩形流淌槽具有燃烧腔，用于承装水垫层和上部油层，模拟持续泄漏的油品在水上的扩散和燃烧；所述溢流槽与所述矩形流淌槽相接，用所述可调挡板相隔，用于容纳所述矩形流淌槽溢出的水流；所述支撑桌用于支撑所述布流槽、所述矩形流淌槽及所述溢流槽；所述液位计设置在所述矩形流淌槽外侧侧壁上，可定量确定槽内水位高度，并用所述可调挡板调节水垫层厚度，模拟不同水位高度；所述点火装置用于点燃所述矩形流淌槽内的油品，且可设置点火时间，模拟不同延迟点火时间对持续泄漏流淌火的影响。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述循环供水模块包括储水桶、供水泵和细水管，所述储水桶用于提供循环所需用水；所述细水管一端伸入所述储水桶内，另一端与所述布流槽相连，所述布流槽连接的所述细水管的主干管末端分为三个支管，使通入所述布流槽的水流均匀；所述供水泵设置在所述细水管上，用于驱动所述储水桶中的水流向所述布流槽；同时，所述细水管两端分别连接所述溢油槽与所述储水桶，将所述溢油槽中的水导入所述储水桶，实现水的循环流动，模拟不同流速的流动水面。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述造浪模块包括矩形移动挡板、滑轨和步进电机，所述滑轨安装在所述矩形流淌槽底部两侧，用于提供所述矩形移动挡板运动的轨道；所述矩形移动挡板设置于所述滑轨上，且高度低于所述水垫层；所述步进电机用于提供动力，驱动所述矩形移动挡板在所述滑轨上前后运动，扰动水流形成波浪，所述步进电机转速可调，改变矩形移动挡板的速度，用于模拟不同强度的波浪状态。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述供油模块包括供油桶、蠕动泵和软管。其中，所述供油桶内放置油品，用于提供实验所需油品；所述软管一端通入所述供油桶，另一端通入所述矩形流淌槽，所述软管表面均包有隔热层；所述蠕动泵设置在所述软管上，用于驱动油品从所述供油桶流向所述矩形流淌槽，模拟油品持续泄漏的情况，且可通过调整所述蠕动泵转速改变油品输送流量，模拟不同的油品泄漏速率。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述染色模块位于所述流淌槽模块和所述供油模块之间，对油品进行染色。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述染色模块还包括染色剂供应件和混合搅拌器；其中所述染色剂供应件与所述供油桶相连，用于向所述供油桶内供应染色剂，所述混合搅拌器具有伸至所述供油桶内的搅拌部，所述搅拌部用于搅拌所述供油桶内的染色剂和油品，使所述染色剂与油品混合均匀，即可观察不点火情况下持续泄漏油品的扩散前沿位置。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述采集模块包括第一摄像机和第二摄像机，所述第一摄像机放置在所述流淌槽窄边，平行且高于水面，用于获取流淌火的火焰形态；所述第二摄像机设置在所述矩形流淌槽的长边，以一定俯角拍摄所述矩形流淌槽燃烧腔的液面，用于获取油品在水面上的扩散状态。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述采集模块还包括点式测温装置，所述点式测温装置包括热电偶和热电偶支架杆，所述热电偶有多个，在竖直方向以固定间隔固定在所述热电偶支架杆上，组成热电偶阵列，用于测量流淌火火焰的纵向温度分布。此外，所述热电偶还沿着所述矩形流淌槽长边水平布置，间距和所述热电偶的测量精度均可根据实际需要进行调整，用于测量水平方向上火焰温度参数，从而监测流淌火蔓延燃烧位置。所述热电偶的端头均位于所述矩形流淌槽的中心线所在竖直平面上。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，采集模块还包括辐射测量模块，所述辐射测量模块包括热流计和热流计支架杆，所述热流计固定在所述热流计支架杆上，设置在所述矩形流淌槽长边外侧，用于测量油品泄漏流淌火焰的对外辐射热流。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，所述采集模块还包括电子天平，所述电子天平放置在所述供油桶底部，实时记录所述供油桶内剩余油品的质量，进而精准获得油品泄漏速率，最终用于获得持续泄漏流淌火的燃烧速率。

根据本发明一些实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置，还包括电控系统，所述电控系统用于控制所述采集系统工作，以实时接收并记录油品泄漏流淌火扩散燃烧时的各项火灾参数；所述电控系统还用于控制所述点火装置的点火时间，点燃油品，模拟不同的延迟点火状态；所述电控系统还用于控制所述步进电机的转速，调节所述矩形移动挡板的运动速度，模拟不同的波浪强度；所述电控系统还用于控制所述蠕动泵的转速，调节供油流量，模拟不同的油品泄漏速率；所述电控系统还用于控制供水泵的转速，调节水循环的速度，模拟不同的水面流速。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明的流淌火模拟装置的染色模块可以使得油品与水区分开来，可以观察不点燃情况下持续泄漏油品在流动水面及波浪存在条件下的扩散现象并研究扩散规律；

2、本发明的流淌火模拟装置能模拟水流动条件下的流淌火燃烧，且水流的速度可调，可延迟点火，采集流淌火灾各种关键参数，用于研究水面流动条件下持续泄漏流淌火的燃烧特性；

3、本发明的流淌火模拟装置能够模拟水面流动和波浪同时存在条件下的流淌火燃烧，且波浪的强度可以调节，可延迟点火，采集流淌火灾各项关键参数，用于研究波浪存在条件下持续泄漏流淌火的燃烧特性。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的造浪模块中滑轨与矩形移动挡板的结构示意图。

图3是本发明一个实施例的水循环流程图。

附图标记：

可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置1000，

流淌槽模块100，布流槽110，过滤网111,矩形流淌槽120，溢流槽130、可调挡板131、支撑桌140，液位计150，点火装置160；

循环供水模块200，储水桶210，供水泵220，细水管230；

供油模块300，供油桶310，蠕动泵320，软管330；

染色模块400，

造浪模块500，矩形移动挡板510、滑轨520、滑块521、轨道522、步进电机530；

采集模块600，第一摄像机610，第二摄像机620，电子天平630，辐射测量装置640，热流计641，热流计支架杆642，点式测温装置650，热电偶651，热电偶支架杆652，

电控系统700，数据采集及控制设备710。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、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。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置1000。

如图1所示，根据本发明实施例的可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置1000，包括：流淌槽模块100、循环供水模块200、供油模块300、染色模块400、造浪模块500、采集模块600和电控系统700。

请继续参考图1，所述流淌槽模块100包括布流槽110,矩形流淌槽120，溢流槽130。水流通过布流槽110进入矩形流淌槽120，最后溢出的水流进入溢油槽130。水流从布流槽110进入矩形流淌槽120需要透过过滤网111，使得水流稳定均匀。矩形流淌槽120具有朝上敞开的燃烧腔，且具有一定深度，用于承装水垫层。布流槽110、矩形流淌槽120和溢流槽130依次首尾相接，整体由不锈钢制成，均放置在支撑桌140上，保证流淌槽模块100水平，减少对实验的影响，提高实验精度。可调挡板131可调节水垫层厚度，模拟不同水位高度。

需要说明的是，矩形流淌槽120外侧侧壁附有液位计150，用于实时监测矩形流淌槽120内部的水位。

请参考图1和图3，所述循环供水模块200包括储水桶210和供水泵220。储水桶210设置在地面上，储存循环所需用水。细水管230一端伸入储水桶210内，另一端与布流槽110相连，布流槽110连接的细水管230的主干管末端分为三个支管，使通入布流槽110的水流均匀。供水泵220设置在细水管230上，驱动储水桶210中的水流向布流槽110。细水管230两端分别连接溢油槽130与储水桶210，将溢油槽130中的水导入储水桶210，完成整个模拟系统水的循环流动，并实现了矩形流淌槽120内流动水面环境的模拟。

请继续参考图1，所述供油模块300包括供油桶310，蠕动泵320。供油桶310内储存有满足单次实验所需的油品，且供油桶310可以有效阻隔静音，以提高供油桶310的安全性。软管330一端伸入供油桶310的底部，另一端伸入矩形流淌槽120的燃烧腔内。蠕动泵320设置在软管330上，以稳定流量输送油品流向矩形流淌槽120的燃烧腔内，到达水垫层后，油品燃料均匀地向四周扩散，从而模拟出流动水面条件下油品泄漏的扩散情况。同时，点火装置160在经过预设的延迟点火时间后会自动点燃油品，可以用于模拟油品泄漏后在流动水面上的燃烧。其中，预设的延迟点火时间通常根据实验目标进行选取。

需要说明的是，软管330外部均包有隔热层，防止被火焰燃烧损坏，影响油品供应。供油桶310与矩形流淌槽120燃烧腔的距离不少于3m，且设置有防火隔板，以避免实验过程中供油桶310被引燃，保证实验过程的安全性。

请继续参考图1，所述染色模块400用于油品的染色。染色模块400可直接对供油桶310内的油品染色，在桶内染色可以提供稳定的染色环境，确保进入矩形流淌槽120的油品均进行过有效染色，进而保证能清晰的观察不点火情况下油品在水面上的扩散。

具体的，在本实施例中，染色模块400还包括染色剂供应件和混合搅拌器。染色剂供应件内有染色剂，并持续向供油桶310内释放，确保供油桶内的油品均能染色。同时，混合搅拌器的对供油桶310内的油品持续搅拌，使得染色剂和油品可以充分混合，提高了实验精度。

请参考图1和图2，所述造浪模块500包括矩形移动挡板510、滑轨520和步进电机530，滑轨520设置在矩形流淌槽120底部，与矩形流淌槽120侧边平行，用于固定矩形移动挡板510并提供运动轨道。滑轨520具体结构如图2所示，滑轨520包括滑块521和轨道522。滑块521承载着矩形移动挡板510，可在轨道522上活动。步进电机530用于驱动矩形移动挡板510在滑轨520上往复运动，形成波浪，模拟波浪存在的水面状态。

具体的，在本实施例中，步进电机530可以调节转速，控制矩形移动挡板510的运动速度，模拟不同强度的波浪，用于研究不同波浪强度下油品泄漏流淌火的扩散和燃烧特性。矩形移动挡板510的高度低于水垫层，且宽度小于矩形流淌槽120窄边的宽度。

请继续参考图1，在本发明的一些实施例中，采集模块600包括第一摄像机610和第二摄像机620，在这些示例中，第一摄像机610放置在矩形流淌槽120的窄边侧，距离矩形流淌槽120边缘3米的水平位置，可以拍摄流淌火火焰的形态及高度，有利于后续分析处理。第二摄像机620放置在距离矩形流淌槽120长边3米的位置，设置较高高度并以一定的俯角拍摄矩形流淌槽120的水面，可清晰拍摄油品在水面上的扩散和燃烧过程，避免设备被火焰损坏。

在本发明的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的一些实施例中，参照图1所示，采集模块600还包括电子天平630放置在供油桶310底部，用于实时记录供油桶310内的油品的剩余量。

可选地，电子天平630的精度为0.1g，能更精准的记录油品质量变化，使处理得到的燃烧速率更为准确，降低实验误差。

请继续参照图1，采集模块600还包括辐射测量装置640，辐射测量装置640包括热流计641和热流计支架杆642，热流计641固定在热流计支架杆642上，放置在矩形流淌槽120长边外侧，可以测量流淌火焰对外辐射热流强度。

可选地，热流计640为水冷式辐射热流计，从而便于获取辐射热流数据。

请继续参考图1，采集模块600还包括点式测温装置650，点式测温装置650包括热电偶651和热电偶支架杆652，热电偶650有多个，在竖直方向以固定间隔固定在热电偶支架杆652上，组成热电偶阵列，测量流淌火火焰不同高度的温度，获得流淌火火焰的纵向温度分布。此外，热电偶650沿着所述矩形流淌槽120长边水平布置，间距可根据实验实际需要进行调整，测量水平方向上火焰温度参数，从而监测流淌火蔓延燃烧位置。

具体的，在本实施例中，热电偶651的测量精度可根据实验油品火焰温度选择，热电偶651的端头均应放置于矩形流淌槽120的中轴线所在竖直平面上，提高测量的准确性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，可模拟水面流动及波浪存在下的油品持续泄漏流淌火装置1000还包括电控系统700，电控系统700包括数据采集及控制设备710，用于控制采集系统600,实时接收并记录油品泄漏流淌火扩散燃烧时的各项火灾参数，实现实验过程中采集自动化。

如图1所示，电控系统700还用于控制点火装置160的点火时间，点燃油品，模拟不同的延迟点火状态。

如图1所示，电控系统700还用于控制供水泵220的转速，调节供水的速度，进而改变水循环的速度，模拟不同的水面流速。

如图1所示，电控系统700还用于控制蠕动泵320的转速，调节供油速率，模拟不同的油品泄漏速率。

如图1所示，电控系统700还用于控制步进电机530的转速，调节矩形移动挡板510在滑轨520上运动的速度，进而控制波浪强度。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。