一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法，测量装置包括燃烧腔室、燃烧平台、点火系统、数据采集处理系统。燃烧平台、点火系统、数据采集装置放置于燃烧腔室内。数据采集系统包括质量监测系统、移动式温度测量系统、视频监测系统、温度定点测量装置、烟气采集分析系统、热流测量系统。燃烧平台包括可燃非炭化材料和防火隔热板。本发明专利技术在实验装置测量结果的基础上，结合传热传质理论分析，可以计算出材料燃烧速率、燃烧效率等表征非碳化材料燃烧行为的特征参数及影响燃烧行为的热流分布情况，为深入研究材料燃烧行为、提高材料燃烧效率提供装置支撑及技术指导。及技术指导。及技术指导。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法


[0001]本专利技术涉及火灾安全及能源燃烧
，更具体地说是设计一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法，用于研究材料燃烧速率、燃烧效率等表征燃烧行为的特征参数及其影响因素，可用于进一步研究固体火灾防治和能源高效燃烧等前沿科学问题。

技术介绍

[0002]固体材料燃烧在现实生活中存在广泛的应用。一方面，材料燃烧是能源获取的重要来源，部分能源类固体材料燃烧释放的热能对我国工业发展及居民生活提供巨大动力支撑。材料燃烧释放的能量受到材料燃烧热值、燃烧速率、燃烧效率影响，而对于同一种材料而言，材料的燃烧速率、燃烧效率则是影响能源供给的重要因素，直接影响到能量供给的多少。高燃烧速率、燃烧效率的材料燃烧行为，不仅能增加工业及能源行业的产能产值，同时也对减小环境污染具有重要意义；
[0003]另一方面，当燃烧失控时，固体材料的燃烧会转变为火灾，对人民生命财产安全造成重大威胁，并且由于城市建筑的飞速发展，固体材料的燃烧引发火灾蔓延已经成为最常见的火灾形式，发生后火焰会沿材料表面向其他方向传播，从而导致火势的不断扩大。根据前人的研究，火焰蔓延速度、火焰尺度直接受到材料燃烧速率的影响。因此研究材料燃烧速率及其相关影响因素(热流分布等)，对于加强火灾防治、减少火灾损失有重要作用。
[0004]基于以上背景，本专利技术设计了一套可以研究非炭化材料燃烧速率、传热传质行为测量装置及测试方法。根据前期的调研，现有的部分专利或在申请的专利也可以实现材料燃烧速率的测量，但大多是通过仪器设备(如电子天平、标尺等)直接测量质量变化情况(例如专利：申请公布号CN108732058A、授权公告号CN108398355A、授权公告号CN103954623)，没有针对燃烧行为、传热传质过程进行分析，因此难以进行更深层次的研究。国外的一些研究学者在其研究论文“Steady and transient pyrolysis of a non
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charring solid fuel under forced flow”、“Local burning rates and heat flux for forced flow boundary
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layer diffusion flames”中提及了一些材料燃烧速率及热流的测量方法，基于热流、燃烧速率计算热辐射等，但是实验测量手段存在以下限制：1.测量热对流时，选取的测量值为温度梯度在材料表面处的导数，测量误差较大，且由于部分材料在燃烧时表面有粘性，因此部分材料测量表面温度梯度非常困难；2.由于实验条件的限制，在研究计算过程中忽略了热传导、热损失，因此计算出的热辐射与实际情况存在较大误差，尤其是在特殊边界条件下(如环境风、低压等)；3.没有对材料的热释放速率和燃烧效率进行分析，因此并不能很好的反应材料的传热传质行为，对于后续的分析缺乏数据支持。因此截至目前，国内外尚缺少精确评估材料燃烧行为的测试装置及测试方法。

技术实现思路

[0005]基于上述背景，本专利技术的目的在于提供一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法，该测试装置可以有效分析非炭化材料燃烧速率及传热传质行为。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置，包括：燃烧腔室、燃烧平台、点火系统、数据采集处理系统，燃烧平台、数据采集处理系统点火系统、放置于燃烧腔室内；数据采集系统包括质量监测系统、移动式温度测量系统、视频监测系统、温度定点测量装置、烟气采集分析系统和热流测量系统。
[0008]所述燃烧腔室为长方体房间，房间面积较小的墙面左右两侧设置有通风窗口，在开展实验时打开，用于保持室内压强稳定及氧气供给，房间长边一侧留有观察用的透明窗口，用于实验中视频监测系统记录燃烧行为。燃烧腔室顶部留有烟气管道，用于排放房间燃烧的烟气。
[0009]燃烧平台包括可燃材料和防火隔热板，可燃材料内嵌于防火隔热板内，材料顶部与防火隔热板平齐，防火隔热板根据测量需求置于质量监测系统或热流测量系统上。
[0010]点火系统由辐射加热装置组成，所述装置辐射加热面积大于可燃材料上表面积，用于均匀点燃可燃材料，实验时加热装置放置于可燃材料上方，并在点燃后移开。
[0011]质量监测系统包括电子天平和3D导轨，用于记录可燃材料燃烧过程中的质量和厚度变化。其中电子天平放置于燃烧腔室地面上，可以实时记录燃烧平台的质量变化(即可燃材料质量变化)；3D导轨放置于燃烧平台一侧，所述导轨由电脑控制，可以在三维空间内实现高精度自由移动，导轨上固定探针，可以根据电脑控制的移动轨迹判断材料燃烧过程中不同位置的厚度变化，从而确定材料局部燃烧速率。
[0012]进一步地，本专利技术的电子天平为高精度电子天平。
[0013]移动式温度测量系统由3D导轨、热电偶和数据采集器组成，所述热电偶为R型铂铑热电偶，热电偶丝直径不大于0.2mm，热电偶固定在3D导轨上并由电脑控制测量可燃材料表面火焰温度分布，通过数据采集器连接电脑，进而辅助分析燃烧传热传质过程。
[0014]视频监测系统由高帧率摄像机组成，所述高帧率摄像机放置于腔室外侧，从燃烧腔室的观察窗口拍摄可燃材料燃烧过程，主要记录火焰形态参数，进而辅助分析燃烧传热传质过程。
[0015]温度定点测量装置由热电偶和数据采集器组成，所述热电偶选用K型铠装热电偶，热电偶丝直径不大于1mm。实验中所述热电偶放置于材料底部不同位置，并与数据采集器相连将测量的材料底部温度记录在电脑上，进而辅助分析燃烧传热传质过程。
[0016]烟气采集分析系统由烟气分析仪和抽风机组成，所述抽风机安装在房间顶部通风管道内，并与烟气分析仪相连，用于在燃烧过程中将燃烧释放的烟气以适当的速度收集(保证燃烧过程不受影响)并导入到烟气分析仪中，烟气分析仪与电脑相连，进而辅助分析燃烧传热传质过程。
[0017]热流测量系统由水冷热流计组成，使用时，燃烧平台和可燃材料内部不同位置处提前留好与热流计探头相同大小的孔，所述水冷热流计通过孔由可燃材料下方布置在可燃材料内，热流计顶端测量点与材料表面平齐并与电脑相连，在燃烧过程中记录材料燃烧表
面不同位置处的辐射热流数据，并实时传输到电脑上，进而辅助分析燃烧传热传质过程。
[0018]一种非炭化材料燃烧行为的测试方法，使用如上任一所述的测量装置，所述测试方法包括如下步骤：
[0019]燃烧平台放置于电子天平上，由点火系统点燃可燃材料，点燃后将点火系统移开，同时电子天平记录燃烧平台质量变化，视频监测系统记录火焰形态参数，烟气采集分析系统开始采集并分析燃烧释放的烟气，温度定点测量装置记录材料底部温度变化；
[0020]待燃烧稳定后(电子天平记录的燃烧平台质量变化速率不变)，通过3D导轨控制R型铂铑热电偶由材料燃烧表面开始测量不同位置处温度分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置，其特征在于，包括：燃烧腔室(1)、燃烧平台、点火系统、数据采集处理系统；燃烧平台和点火系统放置于燃烧腔室(1)内；数据采集系统包括质量监测系统、移动式温度测量系统、视频监测系统、温度定点测量装置、烟气采集分析系统和热流测量系统。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述燃烧腔室(1)为长方体房间，房间短边左右两侧有通风窗口；房间长边一侧留有观察用的透明窗口；燃烧腔室(1)顶部留有烟气管道。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述燃烧平台包括可燃材料(3)和防火隔热板(2)，可燃材料(3)内嵌于防火隔热板(2)内，可燃材料(3)顶部与防火隔热板(2)平齐，防火隔热板(2)放置于质量监测系统或热流测量系统上。4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述点火系统由辐射加热装置组成，所述辐射加热装置辐射加热面积大于可燃材料(3)上表面积，实验时辐射加热装置放置于可燃材料上方，并在点燃后移开。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述质量监测系统包括电子天平(5)和3D导轨(6)，其中电子天平(5)放置于燃烧腔室地面上；3D导轨放置于燃烧平台一侧，所述导轨由电脑(14)控制，导轨上固定探针。6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述移动式温度测量系统由3D导轨(6)、热电偶和数据采集器(9)组成，所述热电偶为R型铂铑热电偶7，热电偶丝直径不大于0.2mm，所述热电偶固定在3D导轨(6)上并由电脑(14)控制测量可燃材料表面火焰温度分布，通过数据采集器(9)连接电脑。7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述视频监测系统由高帧率摄像机(12)组成，所述摄像机(12)放置于腔室外侧，从燃烧腔室(1)的观察窗口拍摄可燃材料燃烧过程。8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度定点测量装置由热电偶和数据采集器(9)组成，所述热电偶选用K型铠装热电偶(8)，热电偶丝直径不大于1mm；实验中所述热电偶放置于材料底部不同位置，并与数据采集器(9)相连，将测量的材料底部温度记录在电脑(14)上。9.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述烟气采集分析系统由烟气分析仪(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱楠，张晓磊，胡隆华，孙协鹏，黄亚军，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：