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一种用于研究储罐水冷却效果的实验装置及方法制造方法及图纸

技术编号:43521638 阅读:9 留言:0更新日期:2024-12-03 12:10
本发明专利技术公开了一种用于研究储罐水冷却效果的实验装置及方法,本方案通过模拟实际储罐表面,并通过水射流撞壁形成降液膜,在此基础上同步获取不同位置的壁面温度、液膜厚度、液膜宽度、辐射热流强度、液膜流速等实验数据。如此实验数据可用于研究火灾环境下油气储罐的水冷却防护机理,评估消防水炮、消防水枪、固定水喷淋系统的冷却效果。本方案能够很好的模拟现实的火灾环境下储罐表面冷却水液膜的流动情况,并能够准确的测量所形成液膜相关尺寸,保证储罐水冷却效果实验结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及储罐被动或主动安全防护技术,具体涉及储罐水冷却效果的实验技术。


技术介绍

1、水冷却是事故应急救援过程中避免火场中临近储罐失效的主要防护方式之一。水冷却是指冷却水在重力作用下沿储罐壁表面下降形成水膜来削弱罐壁受到的热辐射,同时通过热传递带走储罐壁表面热量,从而起到保护储罐的作用。

2、根据施放装置的不同,水冷却又分为移动式,如消防水炮;固定式,如固定水喷淋系统。消防员在扑灭油气储罐火灾时,常用移动式水冷却方法对临近罐进行冷却保护,避免着火储罐与临近储罐之间发生火灾连锁传播。由于冷却水膜的流动与换热对冷却效果具有重要的影响,因此水冷却防护机理的研究的重点在于掌握冷却水膜的流动特性及其耦合传热特性。但是,现行消防规范对于火灾情景下临近储罐水冷却处置的指导说明极少,消防救援队伍往往通过经验总结来确定供水强度等灭火救援参数。

3、因此,研究冷却水沿罐壁下降液膜的流动特性及其耦合传热特性,揭示火灾环境下油气储罐的水冷却防护机理,建立相应的水冷却效果评估模型,具有重要的学术意义和工程应用价值。

4、目前关于下降液膜的绝大多数的研究都集中在圆管上的降膜,而有限的平板降膜实验大多都是在小尺度、低雷诺数的条件下进行的,在这些情况下,液膜的发展可能会受限,这和现实的火灾环境下储罐表面冷却水膜的流动情况相差较大。

5、冷却水在罐壁表面形成的液膜厚度是用于研究油气储罐水冷却防护机理,评估水冷却效果的关键参数。

6、现有方案中针对液膜厚度的测量,主要采用机械直接测量法、电学法、电容法、声学法等测量技术,这样的方案分别具有以下不足:

7、机械直接测量法:首先是机械测量方法带来的误差;其次探针必须置于金属板之前且需要人工操作,不仅会影响水枪喷射,还会影响火源和金属板间的传热;

8、电学法:当液膜厚度增大到一定程度时,液膜厚度的变化很难引起电导率、电容等参数产生变化。故液膜较厚时电学方法的精度会变低;

9、电容法:电容法受温度影响极大,导致无法将难以进行标定,不适用于有火源情况下的实验;

10、声学法:声学方法涉及设备极昂贵,经济性较差,并且超声波无法有效的穿透金属板,整体实用性非常差。


技术实现思路

1、针对现有下降液膜相关实验方案中无法有效测量液膜尺寸的问题,本专利技术的目的在于提供一种用于研究储罐水冷却效果的实验方案,能够很好的模拟现实的火灾环境下储罐表面冷却水液膜的流动情况,并能够准确的测量所形成液膜相关尺寸,保证储罐水冷却效果实验结果的准确性。

2、为了达到上述目的,本专利技术提供了一种用于研究储罐水冷却效果的实验装置,所述实验装置包括罐壁模拟系统、测量系统、液膜识别系统、水源系统以及火源系统;

3、所述罐壁模拟系统主要由无曲度钢板构成,模拟罐壁结构;

4、所述水源系统对应于罐壁模拟系统中的无曲度钢板设置,能够向罐壁模拟系统中的无曲度钢板喷射冷却水,使得冷却水能够沿无曲度钢板下降形成液膜,并且能够通过调整冷却水喷射状态来调整液膜状态;

5、所述火源系统对应于罐壁模拟系统中的无曲度钢板设置,使得产生的热辐射作用于无曲度钢板上的液膜;

6、所述测量系统对应于罐壁模拟系统中的无曲度钢板设置,配置成能够采集无曲度钢板上冷却水的流速、无曲度钢板表面温度以及火源系统相对于无曲度钢板产生的辐射热强度;

7、所述液膜识别系统对应于罐壁模拟系统中的无曲度钢板设置,配置成能够与所述测量系统同步作用,所述液膜识别系统配置成通过使沿无曲度钢板下降形成的液膜呈荧光状态,基于液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像,再基于液膜的形态图像识别出无曲度钢板上形成液膜的厚度与宽度,以及液膜流场分布。

8、在本专利技术的一些实施方式中,所述罐壁模拟系统中还包括支架,所述支架与无曲度钢板配合设置,对无曲度钢板形成竖直支撑。

9、在本专利技术的一些实施方式中,所述测量系统包括流速传感器、热电偶、辐射热流计以及数据采集仪,所述流速传感器与热电偶对应安置在无曲度钢板迎接冷却水的表面上;所述射热流计对应于火源系统设置;所述数据采集仪分别与流速传感器、热电偶以及辐射热流计进行连接。

10、在本专利技术的一些实施方式中,所述液膜识别系统包括激光器、高速相机以及图像处理模块,所述激光器设置在无曲度钢板侧面,配置成有效照射沿无曲度钢板下降形成的液膜,使得整个液膜呈现荧光状态;所述高速相机配合设置在无曲度钢板侧面以及无曲度钢板迎接冷却水表面的前方,基于液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像;所述图像处理模块连接激光器与高速相机,配置成能够根据产生的液膜形态图像计算识别出液膜的实际厚度、宽度和流场分布。

11、在本专利技术的一些实施方式中,所述水源系统包括水箱、水泵和冷却水释放装置,所述冷却水释放装置的出水端面向罐壁模拟系统中的无曲度钢板设置,进水端通过水泵与水箱连通,所述冷却水释放装置设置成能够以不同角度、距离或/和流量来面向无曲度钢板喷射冷却水。

12、在本专利技术的一些实施方式中,所述火源系统由可燃物、油盘、天平组成。

13、为了达到上述目的,本专利技术提供了一种用于研究储罐水冷却效果的实验方法,所述实验方法包括:

14、采用无曲度钢板,来模拟油气储罐壁面;

15、面向无曲度钢板喷射冷却水,形成不同厚度和宽度的液膜;同时产生热辐射,并作用于无曲度钢板上的液膜;

16、实时获取无曲度钢板表面温度以及辐射热强度;并同步使沿无曲度钢板下降形成的液膜呈荧光状态,再基于液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像;

17、根据产生的液膜形态图像计算识别出液膜的实际厚度、宽度和流场分布。

18、在本专利技术的一些实施方式中,所述实验方法在面向无曲度钢板喷射冷却水时,以不同角度、距离或/和流量来面向无曲度钢板喷射冷却水,以形成不同厚度和宽度的液膜。

19、在本专利技术的一些实施方式中,所述实验方法通过激光器照射沿无曲度钢板下降形成的液膜,使得整个液膜呈现荧光状态,再通过高速相机感应液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像,接着根据产生的液膜形态图像计算识别出液膜的实际厚度、宽度和流场分布。

20、在本专利技术的一些实施方式中,所述实验方法通过燃烧可燃物来产生热辐射,并在燃烧过程中同步测量所述可燃物燃烧过程中的损失质量,并基于损失质量确定火源的热释放速率。

21、本专利技术提供的用于研究储罐水冷却效果的实验装置方案,能够很好的模拟火灾环境下油气储罐的水冷却状态,可准确模拟出现实的火灾环境下储罐表面冷却水膜的流动情况,并在此基础上,能够同步获得壁面温度、液膜厚度、液膜宽度、辐射热流强度、液膜流速,水冷却防护机理,使得实验产生的数据能够准确的评估火灾条件下消防水炮、消防水枪、固定水喷淋系统的冷却效果,为消防救援队伍扑救油气储罐火灾提供科学指导。本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述实验装置包括罐壁模拟系统、测量系统、液膜识别系统、水源系统以及火源系统;

2.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述罐壁模拟系统中还包括支架,所述支架与无曲度钢板配合设置,对无曲度钢板形成竖直支撑。

3.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述测量系统包括流速传感器、热电偶、辐射热流计以及数据采集仪,所述流速传感器与热电偶对应安置在无曲度钢板迎接冷却水的表面上;所述射热流计对应于火源系统设置;所述数据采集仪分别与流速传感器、热电偶以及辐射热流计进行连接。

4.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述液膜识别系统包括激光器、高速相机以及图像处理模块,所述激光器设置在无曲度钢板侧面,配置成有效照射沿无曲度钢板下降形成的液膜,使得整个液膜呈现荧光状态;所述高速相机配合设置在无曲度钢板侧面以及无曲度钢板迎接冷却水表面的前方,基于液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像;所述图像处理模块连接激光器与高速相机,配置成能够根据产生的液膜形态图像计算识别出液膜的实际厚度、宽度和流场分布。

5.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述水源系统包括水箱、水泵和冷却水释放装置,所述冷却水释放装置的出水端面向罐壁模拟系统中的无曲度钢板设置,进水端通过水泵与水箱连通,所述冷却水释放装置设置成能够以不同角度、距离或/和流量来面向无曲度钢板喷射冷却水。

6.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述火源系统由可燃物、油盘、天平组成。

7.一种用于研究储罐水冷却效果的实验方法,其特征在于,所述实验方法包括:

8.根据权利要求7所述的用于研究储罐水冷却效果的实验方法,其特征在于,所述实验方法在面向无曲度钢板喷射冷却水时,以不同角度、距离或/和流量来面向无曲度钢板喷射冷却水,以形成不同厚度和宽度的液膜。

9.根据权利要求7所述的用于研究储罐水冷却效果的实验方法,其特征在于,所述实验方法通过激光器照射沿无曲度钢板下降形成的液膜,使得整个液膜呈现荧光状态,再通过高速相机感应液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像,接着根据产生的液膜形态图像计算识别出液膜的实际厚度、宽度和流场分布。

10.根据权利要求7所述的用于研究储罐水冷却效果的实验方法,其特征在于,所述实验方法通过燃烧可燃物来产生热辐射,并在燃烧过程中同步测量所述可燃物燃烧过程中的损失质量,并基于损失质量确定火源的热释放速率。

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【技术特征摘要】

1.一种用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述实验装置包括罐壁模拟系统、测量系统、液膜识别系统、水源系统以及火源系统;

2.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述罐壁模拟系统中还包括支架,所述支架与无曲度钢板配合设置,对无曲度钢板形成竖直支撑。

3.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述测量系统包括流速传感器、热电偶、辐射热流计以及数据采集仪,所述流速传感器与热电偶对应安置在无曲度钢板迎接冷却水的表面上;所述射热流计对应于火源系统设置;所述数据采集仪分别与流速传感器、热电偶以及辐射热流计进行连接。

4.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特征在于,所述液膜识别系统包括激光器、高速相机以及图像处理模块,所述激光器设置在无曲度钢板侧面,配置成有效照射沿无曲度钢板下降形成的液膜,使得整个液膜呈现荧光状态;所述高速相机配合设置在无曲度钢板侧面以及无曲度钢板迎接冷却水表面的前方,基于液膜产生的荧光信号来获取无曲度钢板上形成液膜的形态图像;所述图像处理模块连接激光器与高速相机,配置成能够根据产生的液膜形态图像计算识别出液膜的实际厚度、宽度和流场分布。

5.根据权利要求1所述的用于研究储罐水冷却效果的实验装置,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员:周锋陈强朱凯亮王伟沈晓波程蕾
申请(专利权)人:应急管理部上海消防研究所
类型:发明
国别省市:

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