基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實(shí)驗(yàn)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及火災(zāi)科學(xué)研究領(lǐng)域，尤其涉及煙羽流、煙氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究、火災(zāi)煙氣模擬實(shí)驗(yàn)測量等方面，具體涉及一種基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實(shí)驗(yàn)測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]火災(zāi)現(xiàn)象分為可燃物燃燒和熱空氣流動(dòng)兩個(gè)相互影響的過程，煙氣運(yùn)動(dòng)是火災(zāi)科學(xué)研究中最為重要的內(nèi)容之一。在進(jìn)行建筑、隧道、地鐵、船舶等場景火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)特性研究時(shí)，主要通過實(shí)體試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行研究。實(shí)體試驗(yàn)研究指的是在特定的空間內(nèi)，通過檢測火場中熱和煙氣等各項(xiàng)指標(biāo)，找出其規(guī)律性。在實(shí)驗(yàn)研究中，通常在特定的模擬空間內(nèi)通過具體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的整理，分析總結(jié)出火災(zāi)煙氣特性，進(jìn)行同類場景的火災(zāi)預(yù)測。
[0003]煙氣流速是火災(zāi)研究中的重要參數(shù)。目前，主要采用測量氣體流速的方法對(duì)煙氣進(jìn)行測速，包括氣壓法、機(jī)械法與散熱率法等。氣壓法測量使用皮托管式風(fēng)速傳感器和雙向微壓差計(jì)等；機(jī)械法利用葉輪風(fēng)速儀等；散熱率法使用熱線、熱球風(fēng)速儀等。還有研究者為得到火災(zāi)中羽流前鋒上升時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)布置熱電偶樹，測量火災(zāi)中溫度分布，當(dāng)熱電偶溫升達(dá)到某個(gè)值時(shí)，確定為煙氣羽流前鋒到達(dá)該處。有的裝置在測量過程中還存在一些問題，例如熱線、熱球風(fēng)速儀在流速過低時(shí)，受到自然對(duì)流和輻射的作用的影響，測量值會(huì)比實(shí)際值偏大；常溫?zé)崆蝻L(fēng)速儀也不能用于測量高溫火災(zāi)煙氣。同時(shí)，此類風(fēng)速儀不能識(shí)別末流的方向，因此不能進(jìn)行流動(dòng)的定向測量。此外，為了保護(hù)熱線或熱球不受雜質(zhì)的撞擊，在探頭外部通常會(huì)套上一層會(huì)屬濾網(wǎng)，在測量火災(zāi)煙氣時(shí)，固體顆粒會(huì)堵塞網(wǎng)孔，使得氣體無法流過探頭，導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。人們也考慮在鹽水中進(jìn)行煙氣流動(dòng)模擬，用鹽水在清水中的湍流重力流動(dòng)來仿真熱煙氣在空氣中的湍流浮力流動(dòng)。由于兩種流動(dòng)具有相似現(xiàn)象，所以可用來研究實(shí)際火災(zāi)煙氣流動(dòng)的特性。但鹽水模擬實(shí)驗(yàn)也存在難以測量速度場的問題。湍流強(qiáng)度根據(jù)通過測量得到的速度值進(jìn)一步推導(dǎo)計(jì)算得到。
[0004]目前所用的煙氣速度和湍流強(qiáng)度測量裝置均屬于點(diǎn)式測量，只能根據(jù)布置在實(shí)驗(yàn)艙室內(nèi)的點(diǎn)式傳感器得到某些位置的速度值，無法得到煙氣整體運(yùn)動(dòng)的速度場。
[0005]專利申請(qǐng)公布的“熱風(fēng)式湍流模擬裝置(CN201010605579) ”，發(fā)明了一種熱風(fēng)式湍流模擬裝置，通過調(diào)節(jié)加熱和風(fēng)速控制器控制湍流的強(qiáng)度，使用風(fēng)速傳感器和溫度傳感器在裝置的內(nèi)部一側(cè)測量湍流速度和溫度。但該裝置只在側(cè)面使用兩個(gè)傳感器，無法得到箱體內(nèi)部空間真實(shí)的湍流分布狀況，只能對(duì)湍流強(qiáng)弱進(jìn)行定性估計(jì)。
[0006]專利申請(qǐng)公布的“一種測量粒子速度的方法(CN101231299A) ”，通過在水槽的流場中散布合適的示蹤粒子，根據(jù)兩粒子像點(diǎn)位置信息和灰度總和的差異得到粒子的速度矢量，從而獲得整個(gè)流場的速度信息。但是該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)必須使用示蹤粒子，在液體中較容易實(shí)現(xiàn)，在煙氣流場中加入示蹤粒子很難實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于，為火災(zāi)科學(xué)中煙羽流、煙氣運(yùn)動(dòng)相關(guān)研究提供基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實(shí)驗(yàn)測量裝置。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0009]基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實(shí)驗(yàn)測量裝置，包括煙氣實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，視頻采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分。煙氣實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由一個(gè)煙氣腔室，一個(gè)發(fā)煙箱和排煙裝置構(gòu)成；視頻采集系統(tǒng)由一臺(tái)高清攝像機(jī)和照明系統(tǒng)構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的煙氣實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分的發(fā)煙箱裝載發(fā)煙材料和加熱裝置，產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入煙氣腔室；高清攝像機(jī)透過透明的煙氣腔室外壁采集煙氣視頻信息，將視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)線纜傳入負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中利用圖像處理技術(shù)對(duì)煙霧視頻信號(hào)進(jìn)行分析處理，獲得二維平面上的火災(zāi)煙氣速度和湍流強(qiáng)度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該發(fā)明特征在于:
[0010]所述煙氣腔室，由透明無色有機(jī)玻璃構(gòu)成，為可分離框架式結(jié)構(gòu)，腔體壁面玻璃可以根據(jù)模擬環(huán)境設(shè)置開口、縫隙等，可以搭建成不同結(jié)構(gòu)供不同環(huán)境結(jié)構(gòu)內(nèi)的火災(zāi)羽流模擬；煙氣腔室背景用黑色攝影專用吸光布平鋪，增強(qiáng)拍攝的煙霧視頻；煙氣腔室背景標(biāo)有白色刻度，可以通過圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，得到煙氣運(yùn)動(dòng)的實(shí)際速度；
[0011]所述發(fā)煙箱由2毫米厚鋼板構(gòu)成，可以放置電爐等設(shè)備點(diǎn)燃固體可燃物，使其陰燃發(fā)煙；發(fā)煙箱高度應(yīng)超過加熱裝置加上發(fā)煙材料的高度，底面積應(yīng)足夠大以防止加熱裝置產(chǎn)生的熱量影響到煙氣腔室壁面材料；
[0012]所述排煙裝置，能夠通過排煙風(fēng)機(jī)將煙氣腔室內(nèi)的火災(zāi)煙氣抽出，通過煙氣凈化器對(duì)煙氣進(jìn)行處理并排出；
[0013]所述高清攝像機(jī)有至少1920X 1080像素的分辨率，能夠手動(dòng)調(diào)焦，攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)能夠通過網(wǎng)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0014]所述照明系統(tǒng)由數(shù)個(gè)攝影用柔光燈箱構(gòu)成，可以按照視頻拍攝需要調(diào)整燈箱數(shù)量、位置和角度；
[0015]所述計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)線實(shí)時(shí)獲取視頻數(shù)據(jù)，對(duì)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算出煙氣速度和湍流強(qiáng)度，將數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，并實(shí)時(shí)顯示煙氣湍流強(qiáng)度的偽彩圖。
[0016]本實(shí)用新型還會(huì)帶來一定的積極效果:由于裝置通過視頻進(jìn)行非接觸式的煙氣速度和湍流測量，避免了熱電偶、熱線風(fēng)速儀等設(shè)備的布置和安裝對(duì)實(shí)驗(yàn)空間的干擾，簡化了實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)；采用可分離框架式結(jié)構(gòu)的煙氣腔室，可以按照實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境搭建不同結(jié)構(gòu)的腔室，進(jìn)行各類小尺度火災(zāi)煙氣實(shí)驗(yàn)；能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算出視頻中煙氣任意位置的湍流強(qiáng)度。本發(fā)明的非接觸式煙氣速度、湍流強(qiáng)度測量裝置簡單，有利于火災(zāi)科學(xué)研究，為煙羽流、煙氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律、火災(zāi)煙氣模擬實(shí)驗(yàn)測量等方面的研究提供了一種新裝置。
【附圖說明】
[0017]圖1是基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實(shí)驗(yàn)測量裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是裝置的布局示意圖，其中2(a)是裝置布局圖，2(b)是發(fā)煙箱內(nèi)部布局圖。
[0019]圖3是裝置的測量方法流程圖。
[0020]圖4是煙氣速度、湍流強(qiáng)度計(jì)算流程圖。
[0021]圖5是計(jì)算機(jī)顯示器顯示示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。<