專利名稱：一種火災(zāi)煙氣流場示蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火災(zāi)實(shí)驗(yàn)中的煙氣形態(tài)和流場的示蹤方法。
背景技術(shù)：
火災(zāi)所產(chǎn)生煙氣是造成火勢蔓延、人員傷亡以及財產(chǎn)損失的重要因素。煙氣層的厚度、 煙氣層內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)等是火災(zāi)實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)。然而，該類參數(shù)的準(zhǔn)確獲取一直 是火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，原因如下 一方面，火災(zāi)燃燒產(chǎn)生的煙氣造成實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)能見度急劇 下降，使得肉眼和攝像設(shè)備均難以直接觀測和記錄煙氣層厚度。 一些學(xué)者提出采用基于溫 度豎向分布的方法來間接判斷煙氣層的厚度，但溫度和煙顆粒的豎向分布存在較大區(qū)別。 因此，研發(fā)火災(zāi)煙氣層的可視方法十分必要。
另一方面，對火災(zāi)煙氣層進(jìn)行可視化只是對其流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量的必要條件。流體力
學(xué)實(shí)驗(yàn)中通常用PIV (Particle Image Velocimetry)方法對流場進(jìn)行測量。PIV方法需要 粒徑合適、跟隨性好、感光性好的示蹤粒子，示蹤粒子的選取與流體的物理參數(shù)密切相關(guān)。 值得注意的是，前人的流體實(shí)驗(yàn)中的PIV測量往往針對液體，而火災(zāi)煙氣是熱氣體，其物 理參數(shù)與液體有很大差別，前人所用的示蹤粒子顯然不適用于火災(zāi)煙氣?；馂?zāi)燃燒產(chǎn)生的 煙顆粒大多以氣溶膠的形態(tài)彌散于煙氣層之中，該類煙顆粒的殺徑過小且感光性不好，肉 眼和普通攝像設(shè)備均難以對該種粒徑的單個煙顆粒進(jìn)行分辨。因此，需另外添加合適的示 蹤粒子，才能對火災(zāi)煙氣流場進(jìn)行PIV測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為煙氣層宏觀厚度、煙氣層內(nèi)部精細(xì)流場結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)測量提供一種 火災(zāi)流場示蹤方法，。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下
本發(fā)明所述的火災(zāi)煙氣流場示蹤方法，包括采用火源模擬系統(tǒng)加熱火災(zāi)試驗(yàn)裝置內(nèi)
部空氣，引發(fā)空氣流動；采用加入裝置向試驗(yàn)裝置內(nèi)注入火災(zāi)煙氣模擬顆粒；采用激光片 光裝置照亮觀測截面上的煙氣模擬顆粒；采用數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)錄制煙氣模擬顆粒分布及運(yùn)動 狀況的視頻圖像。其特征在于所述火源模擬系統(tǒng)，為燃?xì)饬髁靠煽氐谋闅怏w燃燒器l;
所述火災(zāi)煙氣模擬顆粒加入裝置，包括檀香3及其支撐裝置4;所述激光片光系統(tǒng)，采用輸
出功率2W、線寬為lmm的半導(dǎo)體激光片光源5;所述火災(zāi)煙氣模擬顆粒，采用粒徑為1-5戶的氮化硼(BN)顆粒，所述加入裝置采用由示蹤顆粒存儲裝置7、進(jìn)氣管8、閥門9、空氣 壓縮機(jī)IO、示蹤顆粒噴口 ll所組成的將氮化硼加入系統(tǒng)。
本發(fā)明所述的火災(zāi)煙氣流場示蹤方法，在測量煙氣層厚度時，將煙顆粒模擬裝置置于火 源附近，采用激光片光源5形成在豎直方向上的任意片光平面，使該豎直平面內(nèi)的煙氣層 形態(tài)和煙氣層厚度可視；在測量煙氣層內(nèi)部流場時，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)10的出口氣流，將 1-5/卵的氮化硼顆粒噴入煙氣層，采用激光光源5形成在任意方向上的片光平面，通過拍
攝該平面內(nèi)的氮化硼顆粒運(yùn)動軌跡，可分析該平面內(nèi)的火災(zāi)煙氣流場結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在下述幾個方面
(1) 在安全性和環(huán)境友好方面，采用丙烷氣體燃燒器模擬火源，火源功率可控，燃燒
充分完全，產(chǎn)物清潔；利用檀香產(chǎn)生的煙顆粒模擬火災(zāi)煙氣，對環(huán)境無污染，對人體無傷 害，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備無腐蝕；
(2) 采用激光片光對煙氣層進(jìn)行照射，使得煙氣層的形態(tài)和宏觀厚度可視；
(3) 采用1-5拜的氮化硼顆粒作為煙氣流動的示蹤粒子，其成本低且對火災(zāi)煙氣的跟
隨性好；示蹤粒子隨空氣壓縮機(jī)的氣流從顆粒存儲裝置中均勻、穩(wěn)定地進(jìn)入煙氣層，避免 了人工加入的隨意性，且對流場干擾小。
基于以上優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明所述的火災(zāi)煙氣流場示蹤方法可以廣泛地應(yīng)用于小尺寸和全尺 寸的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)中，對于開展火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)室研究有很大的應(yīng)用價值。通過采用本發(fā)明所述的 火災(zāi)煙氣流場示蹤方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以獲得火災(zāi)煙氣層的厚度、形態(tài)和流場結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵參 數(shù)，對指導(dǎo)火災(zāi)煙氣控制具有重要意義。


圖1為火災(zāi)煙氣層厚度和形態(tài)測量方法示意圖； 圖2為火災(zāi)煙氣流場結(jié)構(gòu)測量方法示意圖。 圖中各部件的標(biāo)號如下
l-丙垸氣體燃燒器；2-燃?xì)饬髁坑嫞?-檀香；4-檀香支撐裝置；5-激光片光源；6-攝 像機(jī)；7-示蹤顆粒存儲裝置；8-進(jìn)氣管；9-閥門；10-空氣壓縮機(jī)；11-示蹤顆粒噴口。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。 實(shí)施例l:對火災(zāi)煙氣層厚度和形態(tài)的測量 參見圖1，在本實(shí)施例中，將點(diǎn)燃的檀香3及其支撐裝置4置于丙垸氣體燃燒器1附 近；丙垸氣體燃燒器1上方的火羽流將檀香3產(chǎn)生的煙顆粒巻吸并夾帶到煙氣層中，使得煙氣層中布滿檀香煙顆粒；采用激光光源5形成在豎直方向上的片光平面，激光照射到檀 香煙顆粒后反射，使煙氣層的形態(tài)和煙氣層厚度可視；利用拍攝方向與激光照射方向成90
度以上夾角的攝像機(jī)記錄煙氣層形態(tài)和厚度。
實(shí)施例2:對火災(zāi)煙氣流場結(jié)構(gòu)的測量 參見圖2，在本實(shí)施例中，將l-5/朋的氮化硼顆粒堆積于示蹤顆粒存儲裝置7中，開啟
空氣壓縮機(jī)4，并調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的出口氣流速度，空氣壓縮機(jī)的出口通過進(jìn)氣管8與示蹤 顆粒存儲裝置7相連接；氮化硼顆粒在顆粒存儲裝置7中經(jīng)過反復(fù)碰撞后，經(jīng)過示蹤顆粒
噴口 11向火羽流方向噴出；氮化硼顆粒被火羽流夾帶到煙氣層中，并隨煙氣層運(yùn)動；采用 激光片光源5形成片光平面，激光照射到氮化硼顆粒后反射，使得氮化硼處形成亮點(diǎn)；利 用拍攝方向與激光片光平面為90度夾角 攝像機(jī)記錄氮化硼顆粒的運(yùn)動軌跡，為分析流場 結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1、一種火災(zāi)煙氣流場示蹤方法，其特征在于，包括步驟1，采用火源模擬系統(tǒng)加熱火災(zāi)試驗(yàn)裝置內(nèi)部空氣，引發(fā)空氣流動；步驟2，采用加入裝置向試驗(yàn)裝置內(nèi)注入火災(zāi)煙氣模擬顆粒；步驟3，采用激光片光裝置照亮觀測截面上的煙氣模擬顆粒；步驟4，采用數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)錄制煙氣模擬顆粒分布及運(yùn)動狀況的視頻圖像。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述火源模擬系統(tǒng)采用燃?xì)饬髁靠煽氐谋?烷氣體燃燒器。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述火災(zāi)煙氣模擬顆粒采用檀香燃燒的煙 顆粒模擬實(shí)現(xiàn)。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于采用粒徑為l-5，的氮化硼顆粒作為煙氣 模擬顆粒，采用空氣壓縮機(jī)的氣流將氮化硼顆粒輸入煙氣層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種火災(zāi)煙氣流場示蹤方法，包括火源模擬系統(tǒng)、激光片光系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、煙顆粒模擬方法、示蹤顆粒加入方法；火源模擬系統(tǒng)采用燃?xì)饬髁靠煽氐谋闅怏w燃燒器；煙顆粒采用檀香燃燒的煙顆粒模擬火災(zāi)煙顆粒；示蹤顆粒粒徑為1-5μm的氮化硼顆粒，用空氣壓縮機(jī)將氮化硼顆粒均勻、穩(wěn)定地輸運(yùn)到煙氣層中；本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于火災(zāi)小尺寸實(shí)驗(yàn)和全尺寸實(shí)驗(yàn)，使得火災(zāi)實(shí)驗(yàn)過程安全可控、環(huán)境友好；通過本發(fā)明提供的方法，可以獲得火災(zāi)煙氣層的厚度、形態(tài)和流場結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵參數(shù)，對指導(dǎo)火災(zāi)煙氣控制具有重要意義。
文檔編號G01M10/00GK101639398SQ20091008909
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者飛 唐, 實(shí) 祝, 胡銀方, 胡隆華, 東 陽, 然 霍 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)