專利名稱：一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其在可調(diào)整控制液面在不同的高度，同時(shí)測(cè)量質(zhì)量燃燒速率的簡(jiǎn)便易操作實(shí)驗(yàn)研究裝備。
背景技術(shù)：
在火災(zāi)學(xué)及燃燒學(xué)研究技術(shù)領(lǐng)域，燃料池火燃燒行為都是一項(xiàng)十分重要的研究?jī)?nèi)容，燃料池燃燒的危害大，與它的火災(zāi)特征密切相關(guān)。燃料池火災(zāi)通常發(fā)展迅速、極易形成爆炸性火災(zāi)和大面積流淌火災(zāi)，滅火難度大、復(fù)燃現(xiàn)象普遍，其造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失不可估量。如2011年7月11日，廣東惠州大亞灣石化區(qū)中海石油煉化裝置發(fā)生火災(zāi)事故，廣東省出動(dòng)消防車79輛，消防官兵472名對(duì)大火進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)13個(gè)小時(shí)的撲救，火災(zāi)釋放出大量顆粒物、一氧化碳等有毒有害物質(zhì)，火勢(shì)一度達(dá)到8層樓高。大火對(duì)周圍環(huán)境甚至是海洋·生態(tài)都造成極大的危害。2010年4月20日，美國(guó)墨西哥灣漏油并引發(fā)大火和爆炸，爆炸造成11名工作人員死亡以及17人受傷。多艘船只努力撲滅大火，但沒有成功。鉆油臺(tái)燃燒后約36小時(shí)，最終于4月22日早上沉沒，整個(gè)燃燒過程和后續(xù)的漏油事故造成數(shù)以百億的經(jīng)濟(jì)損失。燃料池火災(zāi)的多發(fā)性和危害性迫使人們對(duì)此類火災(zāi)的燃燒速率、燃燒熱力學(xué)性質(zhì)等問題進(jìn)行深入研究。對(duì)于燃料池的燃燒行為，國(guó)內(nèi)外已開展過一定研究。燃燒速率是其中最重要的參數(shù)。通常認(rèn)為燃料池面積決定了其燃燒速率。而實(shí)際上，燃料層的厚度(深度)也會(huì)對(duì)燃燒速率產(chǎn)生重要影響。對(duì)于深燃料池，燃燒過程中僅燃料液面層直接被火焰加熱，接收熱反饋，維持燃燒。在逐漸達(dá)到穩(wěn)定燃燒的過程中，液面高溫燃料層會(huì)逐漸向下層低溫燃料傳熱，燃料層內(nèi)深度方向上會(huì)形成溫度梯度。然而對(duì)于初始燃料量固定的燃料池，隨著池內(nèi)燃料的燃燒，燃料層厚度會(huì)逐漸減低。這種情況下，通過燃料池底部向外的熱損失將不可忽略，甚至?xí)荚絹?lái)越重要的比重。另一方面，燃料液面下降之后，燃料池上部分將直接暴露在火焰內(nèi)，火焰對(duì)壁面炙烤加熱，壁面溫度上升，壁面對(duì)燃料的熱反饋會(huì)增加，促進(jìn)燃料蒸發(fā)，燃料燃燒速率增加。這些因素都會(huì)對(duì)燃料池燃燒的穩(wěn)定性造成重大影響。因此，維持燃料池液面高度，對(duì)于研究穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下的燃料池火燃燒行為及其燃燒速率具有重要意義，而通常情況下，要使得燃料池燃燒達(dá)到上述的熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)，需要很長(zhǎng)時(shí)間，根據(jù)燃料池大小的不同，這種所需達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)的時(shí)間要20-30分鐘甚至更多，這就需要一種能長(zhǎng)時(shí)間不間斷向燃燒中的燃料池內(nèi)補(bǔ)給燃料而持續(xù)維持燃料池燃燒過程中液面高度的實(shí)驗(yàn)裝置；且由于研究不同燃料池深度對(duì)燃燒特性影響的需要，這種裝置還要能實(shí)現(xiàn)控制燃料池液面的穩(wěn)定高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。另一方面，由于燃料池內(nèi)的液面高度不變，即其內(nèi)部的質(zhì)量不變，直接稱量燃料池內(nèi)的燃料質(zhì)量，已不能用來(lái)確定燃料池燃燒的質(zhì)量燃燒速率，因此，需要有其它辦法來(lái)確定燃料池燃燒實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量燃燒速率。鑒于上述技術(shù)問題的解決，在現(xiàn)有的技術(shù)資料中未發(fā)現(xiàn)有關(guān)這方面專用的實(shí)驗(yàn)裝置的報(bào)道，能滿足全面實(shí)現(xiàn)上述功能的需要；為了研究在穩(wěn)定的燃燒液面狀態(tài)下，燃料池火燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及燃燒速率等重要參數(shù)，本發(fā)明研發(fā)了一套可以全面滿足上述功能需要，用來(lái)實(shí)現(xiàn)燃料池火燃燒液面穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置不僅可以有效地自動(dòng)維持燃燒過程中燃料池內(nèi)液面的高度，有利于長(zhǎng)時(shí)間觀察穩(wěn)定液面情況下達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時(shí)的燃料池火實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律，且液面高度可控而可用于研究不用燃料池液面高度(燃料深度)情況下的燃燒行為；還可以通過計(jì)量整個(gè)裝置系統(tǒng)總質(zhì)量的方法，較為準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄實(shí)驗(yàn)中燃料池火的燃燒速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，且穩(wěn)定液面高度可控制和自由調(diào)節(jié)，用來(lái)研究燃料池火穩(wěn)定燃燒時(shí)的行為特征及其受燃料池深度的影響，并實(shí)時(shí)測(cè)量其燃燒失重和質(zhì)量燃燒速率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝 置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括燃料補(bǔ)給系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)和稱重系統(tǒng)，其中，所述的燃料補(bǔ)給系統(tǒng)，包括頂層燃料儲(chǔ)池和補(bǔ)給燃料池，二者之間由不銹鋼軟管連接，不銹鋼軟管上的閥門可以控制油從頂層燃料儲(chǔ)池流入補(bǔ)給燃料池的速率大小。補(bǔ)給燃料池通過不銹鋼軟管與實(shí)驗(yàn)的燃燒池相連接，形成連通器體系。補(bǔ)給燃料池下方設(shè)有小型升降臺(tái)，其高度連續(xù)可調(diào)，可以通過調(diào)節(jié)補(bǔ)給燃料池的高度來(lái)控制燃燒池中液面的高度，并使該高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，以便于研究不同穩(wěn)定燃料液面高度情況下的燃燒池燃燒特性及燃燒速率。在燃料供應(yīng)和燃燒的過程中，須保證燃料從頂層燃料儲(chǔ)池流入補(bǔ)給燃料池的補(bǔ)給速率略大于燃燒池內(nèi)燃料的燃燒(消耗)速率，多余的燃料通過溢流系統(tǒng)從補(bǔ)給燃料池流入底層燃料儲(chǔ)池，使得燃燒實(shí)驗(yàn)可以長(zhǎng)時(shí)間的一直持續(xù)進(jìn)行并達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。所述的溢流系統(tǒng)，包括補(bǔ)給燃料池和底層燃料儲(chǔ)池，二者之間亦通過不銹鋼軟管連接，如燃料補(bǔ)給系統(tǒng)所述，補(bǔ)給燃料池側(cè)面有個(gè)溢流槽，當(dāng)從頂層燃料儲(chǔ)池流入補(bǔ)給燃料池的補(bǔ)給速率大于實(shí)驗(yàn)中燃燒池內(nèi)燃料的燃燒(消耗)速率時(shí)，多余的燃料便會(huì)通過溢流槽和不銹鋼軟管，從補(bǔ)給燃料池流入底層燃料儲(chǔ)池，使燃燒池內(nèi)的液面始終保持與補(bǔ)給燃料池的液面高度相同。所述的稱重系統(tǒng)，包括天平、系統(tǒng)框架。所述的燃料補(bǔ)給系統(tǒng)和所述的溢流系統(tǒng)放置于系統(tǒng)框架上，系統(tǒng)框架整體放置于天平上。系統(tǒng)框架為鋼結(jié)構(gòu)，共三層，從上而下分別為頂層燃料儲(chǔ)池，補(bǔ)給燃料池和底層燃料儲(chǔ)池。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求不同，頂層、底層燃料儲(chǔ)池和補(bǔ)給燃料池池的尺寸大小略有不同，其中頂層燃料儲(chǔ)池和底層燃料儲(chǔ)池體積略大于中間的補(bǔ)給燃料池。所述天平實(shí)時(shí)測(cè)量并采集燃燒池火穩(wěn)定燃燒時(shí)整個(gè)系統(tǒng)框架的質(zhì)量，穩(wěn)定燃燒階段的系統(tǒng)質(zhì)量減少速率即為燃燒池的質(zhì)量燃燒速率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果為本發(fā)明建立了一套保持燃料池火燃燒液面穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)裝置，燃燒池液面高度可以通過調(diào)節(jié)補(bǔ)給燃料池的高度來(lái)控制，調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈活便捷，精度高。同時(shí)可以通過高精度天平測(cè)量實(shí)驗(yàn)的燃燒速率。I、在調(diào)節(jié)燃燒池液面高度方面，通過一套簡(jiǎn)便易操作的連通器裝置，調(diào)節(jié)燃燒池內(nèi)液面高度與補(bǔ)給燃料池中液面高度一致，補(bǔ)給燃料池下方墊放一塊高度可調(diào)整的小型升降平臺(tái)(彈簧座)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)補(bǔ)給燃料池的高度，從而維持燃燒池內(nèi)的油面高度，并可根據(jù)需要將該高度控制在所需要的位置，使燃料液面高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，以便于研究不同穩(wěn)定燃料液面高度(燃料深度)情況下，燃燒池燃燒特性及燃燒速率。其工作方式為燃燒池內(nèi)液面高度與補(bǔ)給燃料池中液面高度一致，燃料從頂層燃料儲(chǔ)池中流入補(bǔ)給燃料池的速率略大于燃料池火的燃燒速率，多余的部分從補(bǔ)給燃料池流入底層燃料儲(chǔ)池。本發(fā)明裝置簡(jiǎn)便易操作，在其對(duì)燃料液面的穩(wěn)定下，實(shí)驗(yàn)可以長(zhǎng)時(shí)間不斷地持續(xù)進(jìn)行，達(dá)到充分的穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，便于觀察到池火穩(wěn)定燃燒時(shí)的各種燃燒現(xiàn)象并測(cè)量其燃燒速率。2、在測(cè)量燃燒池的燃燒速率方面，整個(gè)框架系統(tǒng)放置在高精度天平上，調(diào)節(jié)燃料在每個(gè)閥門處的流入流出量，使得燃燒池液面保持恒定并一直穩(wěn)定持續(xù)燃燒，天平實(shí)時(shí)測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量變化，穩(wěn)定燃燒階段整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量減少的速率即為燃燒池火實(shí)驗(yàn)的燃燒速率。整個(gè)系統(tǒng)的誤差小，精度高，重復(fù)性強(qiáng)。


圖I為稱重系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)；圖中11.頂層燃料儲(chǔ)池托板，12.補(bǔ)給燃料池托板，13.底層燃料儲(chǔ)池托板，14.天平。圖2為燃燒池液面穩(wěn)定及燃料補(bǔ)給系統(tǒng)；21.燃燒池，22.不銹鋼軟管3，23.閥門2，24.補(bǔ)給燃料池，25.不銹鋼軟管2，26.溢流槽，27.穩(wěn)定液面高度。圖3為主體結(jié)構(gòu)圖；31.頂層燃料儲(chǔ)池，32.閥門1，33.不銹鋼軟管I，24.補(bǔ)給燃料池，26.溢流槽，25.不銹鋼軟管2，37.底層燃料儲(chǔ)池，23.閥門2，22.不銹鋼軟管3，21.燃燒池，311.調(diào)節(jié)螺絲，312.可調(diào)高度小型升降臺(tái)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施例如下見圖1，實(shí)驗(yàn)用天平14的最大量程為34kg，精度為O. lg，稱重平臺(tái)將接收到的壓力變化傳送到數(shù)據(jù)采集模塊中，并輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出質(zhì)量隨時(shí)間變化的信號(hào)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為Is。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由三層支撐面組成，11為頂層燃料儲(chǔ)池托板，12為補(bǔ)給燃料池托板，13為底層燃料儲(chǔ)池托板，從上而下分別放置頂層燃料儲(chǔ)池31、補(bǔ)給燃料池24和底層燃料儲(chǔ)池37。結(jié)構(gòu)支撐架由20mmX20mm的不銹方鋼焊接而成，總體尺寸為40cmX40cmX IOOcm0見圖2，燃料補(bǔ)給系統(tǒng)是個(gè)簡(jiǎn)易的連通器裝置。補(bǔ)給燃料池24與燃燒池21之間通過管道連接，考慮到部分實(shí)驗(yàn)燃料的腐蝕性和粘性，不銹鋼軟管22選擇Φ 32mm的不銹鋼201波紋軟管，不銹鋼軟管22的各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)都能很好地符合實(shí)驗(yàn)要求。燃燒池21的尺寸大小可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求決定。實(shí)驗(yàn)開始后，燃料從頂層燃料儲(chǔ)池31流向補(bǔ)給燃料池24，再通過補(bǔ)給燃料池24不斷向燃燒池21供應(yīng)燃料，補(bǔ)給燃料池24的高度通過其下面的小型升降臺(tái)可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，從頂層燃料儲(chǔ)池31流向補(bǔ)給燃料池24的燃料供應(yīng)速率略大于燃燒池21的燃燒速率，多余的燃料從補(bǔ)給燃料池24流入底層燃料儲(chǔ)池37。
見圖3，整體框架圖包括三層支撐架，頂層燃料儲(chǔ)池31與底層燃料儲(chǔ)池37的尺寸是30X30X30 (cm)，補(bǔ)給燃料池24的尺寸是20X20X 15 (cm)。頂層、底層燃料儲(chǔ)池和補(bǔ)給燃料池24用透明的亞克力材料制成，由透明材料制作可隨時(shí)觀測(cè)油池內(nèi)部的油量。這些燃料池的尺寸設(shè)計(jì)遵循如下原則在不超出電子天平量程(34kg)的條件下，盡可能的使可維持的燃燒時(shí)間更長(zhǎng)。因此頂層燃料儲(chǔ)池31要提供足夠的補(bǔ)給燃料，底層燃料儲(chǔ)池37要能夠容納溢出的燃料，所以尺寸都需要設(shè)計(jì)得略大于中間的補(bǔ)給燃料池24。在補(bǔ)給燃料池24下方放置一個(gè)高度連續(xù)可調(diào)的小型可升降平臺(tái)，可在一定范圍內(nèi)調(diào)整補(bǔ)給燃料池24乃至燃燒池21內(nèi)的液面高度。試驗(yàn)開始后，可用閥門32控制頂層燃料儲(chǔ)池燃料供應(yīng)流量，使用閥門38可控制補(bǔ)給燃料池向燃燒池的燃料供應(yīng)流量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)可首先關(guān)閉閥門38，停止燃燒。上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述內(nèi)容做的任何變更、修飾均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍?！?br> 權(quán)利要求
1.一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)裝置包括燃料補(bǔ)給系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)和稱重系統(tǒng)，其中， 所述的燃料補(bǔ)給系統(tǒng)，包括頂層燃料儲(chǔ)池和補(bǔ)給燃料池，二者之間由不銹鋼軟管連接，不銹鋼軟管上的閥門(23)可以控制油從頂層燃料儲(chǔ)池(31)流入補(bǔ)給燃料池(24)的速率大小，補(bǔ)給燃料池(24)通過不銹鋼軟管與實(shí)驗(yàn)的燃燒池相連接，形成連通器體系，補(bǔ)給燃料池(24)下方設(shè)有小型升降臺(tái)，其高度連續(xù)可調(diào)，可以通過調(diào)節(jié)補(bǔ)給燃料池的高度來(lái)控制燃燒池中液面的高度，并使該高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，以便于研究不同穩(wěn)定燃料液面高度情況下的燃燒池燃燒特性及燃燒速率，在燃料供應(yīng)和燃燒的過程中，須保證燃料從頂層燃料儲(chǔ)池(31)流入補(bǔ)給燃料池(24)的補(bǔ)給速率略大于燃燒池(21)內(nèi)燃料的燃燒速率，多余的燃料通過溢流系統(tǒng)從補(bǔ)給燃料池流(24)入底層燃料儲(chǔ)池(37)，使得燃燒實(shí)驗(yàn)可以長(zhǎng)時(shí)間的一直持續(xù)進(jìn)行并達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)； 所述的溢流系統(tǒng)，包括所述的補(bǔ)給燃料池(24)和底層燃料儲(chǔ)池(37)，二者之間亦通過不銹鋼軟管連接，補(bǔ)給燃料池(24)側(cè)面有個(gè)溢流槽，當(dāng)從頂層燃料儲(chǔ)池(31)流入補(bǔ)給燃料池(24)的補(bǔ)給速率大于實(shí)驗(yàn)中燃燒池內(nèi)燃料的燃燒速率時(shí)，多余的燃料便會(huì)通過溢流槽和不銹鋼軟管，從補(bǔ)給燃料池(24)流入底層燃料儲(chǔ)池(37)，使燃燒池(21)內(nèi)的液面始終保持與補(bǔ)給燃料池(24)的液面高度相同； 所述的稱重系統(tǒng)，包括天平(14)、系統(tǒng)框架，所述的燃料補(bǔ)給系統(tǒng)和所述的溢流系統(tǒng)放置于系統(tǒng)框架上，系統(tǒng)框架整體放置于所述天平(14)上，系統(tǒng)框架為鋼結(jié)構(gòu)，共三層，從上而下分別為頂層燃料儲(chǔ)池托板(11)，補(bǔ)給燃料池托板(12)和底層燃料儲(chǔ)池托板(13)，從上到下分別放置頂層燃料儲(chǔ)池(31)，補(bǔ)給燃料池(21)和底層燃料儲(chǔ)池(37)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求不同，頂層、底層燃料儲(chǔ)池和補(bǔ)給燃料池的尺寸大小略有不同，其中頂層燃料儲(chǔ)池和底層燃料儲(chǔ)池體積略大于中間的補(bǔ)給燃料池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述天平(14)實(shí)時(shí)測(cè)量并采集燃燒池火穩(wěn)定燃燒時(shí)整個(gè)系統(tǒng)框架的質(zhì)量，穩(wěn)定燃燒階段的系統(tǒng)質(zhì)量減少速率即為燃燒池的質(zhì)量燃燒速率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)液面持續(xù)穩(wěn)定的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置，主體由燃料補(bǔ)給系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)構(gòu)成，所述的燃料補(bǔ)給系統(tǒng)，包括頂層燃料儲(chǔ)池和補(bǔ)給燃料池，二者之間由不銹鋼軟管連接，不銹鋼管道上的閥門可以控制油從頂層燃料儲(chǔ)池流入補(bǔ)給燃料池的速率大??；所述的溢流系統(tǒng)，包括補(bǔ)給燃料池和底層燃料儲(chǔ)池，二者之間亦通過不銹鋼軟管連接；所述的稱重系統(tǒng)，包括天平、系統(tǒng)框架。本發(fā)明建立了一套保持燃料池火燃燒液面穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)裝置，燃燒池液面高度可以通過調(diào)節(jié)補(bǔ)給燃料池的高度來(lái)控制，調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈活便捷，精度高。同時(shí)可以通過高精度天平測(cè)量實(shí)驗(yàn)的燃燒速率。
文檔編號(hào)G01N5/04GK102879292SQ20121036178
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者胡隆華, 唐偉, 劉帥, 武龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)