一種多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，更具體的說，是涉及一種測(cè)量大功率火源 熱釋放速率的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱釋放速率是可燃物燃燒時(shí)單位時(shí)間內(nèi)釋放出的熱量。一直以來，熱釋放速率都 被視為反映火災(zāi)場(chǎng)景、表征火災(zāi)過程的最重要的參數(shù)。通過不同形式的實(shí)驗(yàn)，人們發(fā)展了多 種測(cè)量熱釋放速率的方法，目前被大家廣為接受的測(cè)量方法主要是失重法和耗氧法，而耗 氧法是進(jìn)行火災(zāi)研宄的主流方法。
[0003] 耗氧法是指，凈燃燒熱和燃燒所消耗的氧氣質(zhì)量呈比例，這個(gè)關(guān)系是每消耗Ikg 氧氣所釋放出的熱量大約為13.IOX103kJ，在實(shí)際應(yīng)用中就是利用這種方法來計(jì)算可燃物 在燃燒過程中所釋放出來的能量。
[0004] 目前，現(xiàn)有的熱釋放速率測(cè)量裝置的量程基本上都是固定值，當(dāng)火源熱釋放速率 大小變化較大時(shí)，很難同時(shí)滿足測(cè)量結(jié)果對(duì)量程和精度的要求。因此有必要研宄一種多路 并聯(lián)的熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，當(dāng)所研宄的火災(zāi)規(guī)模較小時(shí)，采用單條排煙管路進(jìn)行煙氣收 集，從而滿足系統(tǒng)對(duì)精度的要求；當(dāng)火源功率較大時(shí)，采用多條排煙管路并聯(lián)的方法進(jìn)行煙 氣收集，從而滿足系統(tǒng)對(duì)量程的要求。
[0005] 目前，為進(jìn)行熱釋放速率研宄所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基本上都是針對(duì)面積較小的燃燒物， 當(dāng)燃燒物面積較大時(shí)，所產(chǎn)生的煙氣范圍較大，而單個(gè)排煙風(fēng)機(jī)所能排放的煙氣流量有限， 并且單條排煙管道受到空間及尺寸的限制，煙氣不能被排煙管道完全收集，會(huì)使測(cè)量結(jié)果 不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種能夠提高熱釋放速 率測(cè)試的量程和精度，能夠應(yīng)用在不同場(chǎng)合，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確反映燃燒過程中熱釋放速率變 化情況的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用簡(jiǎn)單、方便的測(cè)試方法，對(duì)燃燒面積大、熱釋 放速率高的火災(zāi)進(jìn)行準(zhǔn)確量熱，并且利用多路集煙管道的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)量程調(diào)節(jié)，在火 源功率較小時(shí)也能準(zhǔn)確量熱。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，包括燃燒室、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器和多個(gè) 測(cè)試單元；每個(gè)所述測(cè)試單元包括煙氣收集系統(tǒng)、煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)和煙氣采樣系統(tǒng)，所述 煙氣收集系統(tǒng)包括排煙管道、整流柵、取樣段和排煙風(fēng)機(jī)；所述煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)包括雙向 皮托管、差壓傳感器和熱電偶；所述煙氣采樣系統(tǒng)包括煙氣采樣管、冷凝器、煙氣過濾器、干 燥裝置、取樣泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氧傳感器、〇) 2傳感器、CO傳感器；所述排煙管道分別通過排煙 口與所述燃燒室連通，每個(gè)所述測(cè)試單元中的所述排煙管道并聯(lián)連接；所述取樣段設(shè)置于 所述排煙管道內(nèi)部煙氣充分混合的位置，所述整流柵安裝于所述排煙管道內(nèi)部，所述排煙 風(fēng)機(jī)安裝于所述排煙管道的出口端；所述取樣段內(nèi)安裝有所述雙向皮托管、熱電偶和煙氣 采樣管，所述雙向皮托管與所述差壓傳感器連接；所述煙氣采樣管的煙氣輸出端依次與所 述冷凝器、煙氣過濾器、干燥裝置、取樣泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氧傳感器、〇) 2傳感器和CO傳感器連 接，所述熱電偶、差壓傳感器、氧傳感器、〇)2傳感器和CO傳感器的信號(hào)輸出端分別與所述數(shù) 據(jù)采集器的信號(hào)輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸出端與所述數(shù)據(jù)處理器的信號(hào)輸入 端連接。
[0010] 所述排煙口位于所述燃燒室的側(cè)壁，每個(gè)所述測(cè)試單元的排煙管道分別與所述燃 燒室平行設(shè)置。
[0011] 所述燃燒室兩端分別安裝有擋煙垂壁。
[0012] 所述排煙口位于所述燃燒室的頂部，每個(gè)所述測(cè)試單元的排煙管道分別通過所述 排煙口與所述燃燒室連通。
[0013] 所述燃燒室兩端分別安裝有擋煙垂壁。
[0014] 所述雙向皮托管安裝于所述排煙管道的中心線上。
[0015] 所述氧傳感器采用氧化鋯傳感器，所述氧化鋯傳感器的探頭部分安裝于金屬測(cè)試 腔內(nèi)，所述氧化錯(cuò)傳感器帶有加熱元件，所述加熱元件與直流電源連接。
[0016] 所述取樣泵與轉(zhuǎn)子流量計(jì)之間安裝有三通接頭，所述三通接頭的支管與外部環(huán)境 連通；所述排煙風(fēng)機(jī)與變頻器連接。
[0017] -種使用所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱釋放速率測(cè)試的方法，包括 下述步驟：
[0018] (1)當(dāng)所測(cè)試燃燒物的熱釋放速率峰值小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)量程的45%時(shí)，使用一個(gè)測(cè) 試單元工作；當(dāng)所測(cè)試燃燒物的熱釋放速率峰值大于或等于系統(tǒng)設(shè)計(jì)量程的45%時(shí)，使用 多個(gè)并聯(lián)的測(cè)試單元同時(shí)工作；
[0019] (2)在實(shí)驗(yàn)開始前，首先打開排煙風(fēng)機(jī)，待風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，打開取樣泵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 流量計(jì)，使流過轉(zhuǎn)子流量計(jì)的樣氣流量為〇. 5~2L/min;
[0020] (3)將氧傳感器、0)2傳感器、CO傳感器接入電源，預(yù)熱5min，然后采集氧傳感器輸 出的電壓，將此電壓作為氧傳感器計(jì)算時(shí)的本底電勢(shì)值；
[0021] (4)點(diǎn)燃可燃物，數(shù)據(jù)采集器采集熱電偶、差壓傳感器、氧傳感器、0)2傳感器和CO 傳感器的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器分別計(jì)算出各測(cè)試單元所測(cè)出的熱釋放速率變 化，再將各測(cè)試單元的熱釋放速率相加即可得到燃燒物的熱釋放速率變化；每個(gè)測(cè)試單元 的熱釋放速率由下式計(jì)算；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括燃燒室、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處 理器和多個(gè)測(cè)試單元；每個(gè)所述測(cè)試單元包括煙氣收集系統(tǒng)、煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)和煙氣采 樣系統(tǒng)，所述煙氣收集系統(tǒng)包括排煙管道、整流柵、取樣段和排煙風(fēng)機(jī)；所述煙氣流量測(cè)量 系統(tǒng)包括雙向皮托管、差壓傳感器和熱電偶；所述煙氣采樣系統(tǒng)包括煙氣采樣管、冷凝器、 煙氣過濾器、干燥裝置、取樣泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氧傳感器、〇) 2傳感器、CO傳感器；所述排煙管 道分別通過排煙口與所述燃燒室連通，每個(gè)所述測(cè)試單元中的所述排煙管道并聯(lián)連接；所 述取樣段設(shè)置于所述排煙管道內(nèi)部煙氣充分混合的位置，所述整流柵安裝于所述排煙管道 內(nèi)部，所述排煙風(fēng)機(jī)安裝于所述排煙管道的出口端；所述取樣段內(nèi)安裝有所述雙向皮托管、 熱電偶和煙氣采樣管，所述雙向皮托管與所述差壓傳感器連接；所述煙氣采樣管的煙氣輸 出端依次與所述冷凝器、煙氣過濾器、干燥裝置、取樣泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氧傳感器、CO 2傳感器 和CO傳感器連接，所述熱電偶、差壓傳感器、氧傳感器、〇)2傳感器和CO傳感器的信號(hào)輸出 端分別與所述數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸出端與所述數(shù)據(jù)處 理器的信號(hào)輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述排煙口位 于所述燃燒室的側(cè)壁，每個(gè)所述測(cè)試單元的排煙管道分別與所述燃燒室平行設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒室兩 端分別安裝有擋煙垂壁。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述排煙口位 于所述燃燒室的頂部，每個(gè)所述測(cè)試單元的排煙管道分別通過所述排煙口與所述燃燒室連 通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒室兩 端分別安裝有擋煙垂壁。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所 述雙向皮托管安裝于所述排煙管道的中心線上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述氧傳感器 采用氧化鋯傳感器，所述氧化鋯傳感器的探頭部分安裝于金屬測(cè)試腔內(nèi)，所述氧化鋯傳感 器帶有加熱元件，所述加熱元件與直流電源連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣泵與 轉(zhuǎn)子流量計(jì)之間安裝有三通接頭，所述三通接頭的支管與外部環(huán)境連通；所述排煙風(fēng)機(jī)與 變頻器連接。
9. 一種使用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱釋放 速率測(cè)試的方法，其特征在于，包括下述步驟： (1) 當(dāng)所測(cè)試燃燒物的熱釋放速率峰值小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)量程的45%時(shí)，使用一個(gè)測(cè)試單 元工作；當(dāng)所測(cè)試燃燒物的熱釋放速率峰值大于或等于系統(tǒng)設(shè)計(jì)量程的45%時(shí)，使用多個(gè) 并聯(lián)的測(cè)試單元同時(shí)工作； (2) 在實(shí)驗(yàn)開始前，首先打開排煙風(fēng)機(jī)，待風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，打開取樣泵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量 計(jì)，使流過轉(zhuǎn)子流量計(jì)的樣氣流量為〇. 5~2L/min ; (3) 將氧傳感器、0)2傳感器、CO傳感器接入電源，預(yù)熱5min，然后采集氧傳感器輸出的 電壓，將此電壓作為氧傳感器計(jì)算時(shí)的本底電勢(shì)值； (4)點(diǎn)燃可燃物，數(shù)據(jù)采集器采集熱電偶、差壓傳感器、氧傳感器、0)2傳感器和CO傳感 器的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器分別計(jì)算出各測(cè)試單元所測(cè)出的熱釋放速率變化， 再將各測(cè)試單元的熱釋放速率相加即可得到燃燒物的熱釋放速率變化；每個(gè)測(cè)試單元的熱 釋放速率由下式計(jì)算：
其中：忍=砧
式中：Q-熱釋放速率，麗； E1-消耗單位體積氧氣所釋放的熱量，17. 3MJ/m3; -氧氣的環(huán)境摩爾百分?jǐn)?shù)，％ ; -空氣中氧濃度，％ Φ-耗氧系數(shù)； α -燃燒反應(yīng)的耗氧擴(kuò)展系數(shù)，a = 1. 105 ; -空氣中CO2濃度，％ ; 煙氣中CO2濃度，％; Χ〇Γ煙氣中⑶濃度，％。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多路并聯(lián)熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，旨在提供一種運(yùn)用多路并聯(lián)的方式，對(duì)燃燒面積大、熱釋放速率高的火災(zāi)進(jìn)行準(zhǔn)確量熱的系統(tǒng)及測(cè)試方法。包括燃燒室、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器和多個(gè)測(cè)試單元；每個(gè)測(cè)試單元包括煙氣收集系統(tǒng)、煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)和煙氣采樣系統(tǒng)，煙氣收集系統(tǒng)包括排煙管道、整流柵、取樣段和排煙風(fēng)機(jī)；煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)包括雙向皮托管、差壓傳感器和熱電偶；煙氣采樣系統(tǒng)包括煙氣采樣管、冷凝器、煙氣過濾器、干燥裝置、取樣泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氧傳感器、CO2傳感器、CO傳感器；每個(gè)測(cè)試單元中的排煙管道并聯(lián)連接。本發(fā)明可應(yīng)用于隧道火災(zāi)的熱釋放速率測(cè)試，也可用于對(duì)汽車、列車火災(zāi)的熱釋放速率的測(cè)試。
【IPC分類】G01N25-22
【公開號(hào)】CN104764769
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510198919
【發(fā)明人】劉萬福, 王國(guó)卓, 嚴(yán)雷, 戚務(wù)勤
【申請(qǐng)人】天津商業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日