一種含添加劑細水霧滅火有效性評估的實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及火災安全技術領域，具體涉及一種含添加劑細水霧滅火有效性評估實驗裝置。
【背景技術】
[0002]細水霧是一種清潔高效的滅火劑，其主要的滅火機理是冷卻、隔絕氧氣和衰減輻射。為了提高細水霧的滅火性能，一些物理和化學添加劑被用于改善細水霧的霧化特性、潤濕特性、火焰化學抑制特性等。然而，含有不同成分添加劑的細水霧抑制和熄滅火焰的性能不同，需要對添加劑影響細水霧滅火能力的因素進行定量表征，研宄水霧與火焰的作用機理，從而篩選出高效的細水霧添加劑。
[0003]目前人們評估滅火劑抑制熄滅火焰能力時通常采用杯式燃燒器、平面對沖火焰燃燒器、縮尺寸或全尺寸模擬試驗、爆炸球、激波管、火焰燃燒管等裝置或方法，其中杯式燃燒器、平面對沖火焰燃燒器和縮尺寸或全尺寸模擬試驗可用于評估滅火劑與擴散火焰作用的研宄，爆炸球、激波管和火焰燃燒管適用于評估滅火劑與預混火焰作用的研宄。在一般火災中，擴散火焰是更為常見的形式，因此前者的試驗結果更能反映滅火劑抑制熄滅一般火災的能力。國際上涉及杯式燃燒器的標準有許多，諸如NFPA 2001 (Standard on CleanAgent Fire Extinguishing Systems)、 ISO 14520-Part I(Gaseous fire-extinguishingsystems-Physical properties and system design)。杯式燃燒器的火焰是同軸擴散火焰，杯口上部形成的反應核心是火焰穩(wěn)定的關鍵。但是，標準中規(guī)定的杯式燃燒器只適用于評估氣態(tài)滅火劑的滅火性能，對于凝聚相滅火劑的適用性沒有規(guī)定。中國科學技術大學博士學位論文(20060401) “多組分細水霧與擴散火焰相互作用的模擬研宄”中介紹了利用杯式燃燒器研宄細水霧與火焰作用的方法，但是該方法存在光學測量困難、壁面損失嚴重、水霧定量困難、消耗量大的缺點，不適用于篩選細水霧添加劑。平面對沖火焰燃燒器中可燃氣流和載有滅火劑的氧化劑流逆向流動，形成平面對沖火焰。雖然該燃燒器能定量控制凝聚相滅火劑釋放量、表征凝聚相滅火劑的粒徑分布，但是平面對沖火焰需要高精密的燃燒器定位系統(tǒng)和高穩(wěn)定的氣體輸運系統(tǒng)，難以運用于普通實驗室；該方法中可燃氣和壓縮空氣消耗量大，成本高?？s尺寸或全尺寸模擬試驗難以提供精確的定量數(shù)據(jù)，而且試驗成本大，不適用于滅火劑的篩選。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種含添加劑細水霧滅火有效性評估實驗裝置，為篩選高效的細水霧添加劑和研宄含添加劑細水霧與火焰作用的物理和化學機理提供條件保障。采用本實用新型可實現(xiàn)不同添加劑成分和濃度、不同細水霧釋放量和粒徑分布、不同的可燃氣體組分和流量、不同空氣流量下含添加劑細水霧滅火實驗的定量表征，篩選出高效的細水霧添加劑，可用于研宄水霧與火焰作用的物理和化學機理，也可用于研宄含添加劑的單個水滴的傳熱傳質機理。
[0005]本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采取的技術方案是:一種含添加劑細水霧滅火有效性評估的實驗裝置，包括氧化劑流定量供給和輸運系統(tǒng)，可燃氣體定量供給和輸運系統(tǒng)，表征系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和計算機遠程控制系統(tǒng)四部分，氧化劑流定量供給和輸運系統(tǒng)包括變頻漩渦風機、渦街流量計、小型風洞、霧化裝置、噴霧器支架，可燃氣體定量供給和輸運系統(tǒng)包括柱狀多孔燃燒器、自動配氣系統(tǒng)，表征系統(tǒng)包括細水霧與火焰作用觀察裝置、火焰溫度測量裝置和凝聚相顆粒粒徑、速度測量裝置，所述的變頻漩渦風機通過波紋管與渦街流量計的入口直管連接，渦街流量計的出口直管通過波紋管與小型風洞的入口連接，所述的小型風洞包括過渡段、彎管段、擴散段、阻尼段、凝聚相引入段、靜流段和收縮段，它們從下至上依次用法蘭連接，在過渡段和彎管段連接處、彎管段與擴散段連接處均設有蜂窩器，阻尼段全段設有蜂窩器且其與擴散段、凝聚相引入段的法蘭連接面處夾裝有阻尼網(wǎng)，凝聚相引入段一對側面上開口用于安裝噴霧器支撐架，支撐架上等距設有三個噴霧器固定卡扣，噴霧器為同心石英兩相流霧化器，空氣進口和液體進口分別通過軟管和轉子流量計和注射泵連接，靜流段和細水霧與火焰作用觀察裝置之間用移軸維氏收縮段連接，凝聚相引入段和靜流段材質為PMMA以用于觀察噴霧器霧化情況，收縮段材質為不銹鋼，外表面貼有恒溫加熱片，所述的細水霧與火焰作用觀察裝置與收縮段用法蘭連接，觀察裝置法蘭盤上設有螺紋孔用于固定燃燒器固定支架和升降器固定底座，觀察裝置四個鏤空側面設有凹槽用于夾裝光學石英玻璃片，在燃燒器固定支架一側的石英玻璃片上開有圓孔用于安裝柱狀多孔燃燒器，柱狀多孔燃燒器通過快插式接口與自動配氣系統(tǒng)相連接，所述的火焰溫度測量裝置的熱電偶絲對焊點置于觀察窗內(nèi)的柱狀多孔燃燒器正下方，通過懸臂與垂直位移升降器連接，所述的凝聚相顆粒粒徑、速度測量裝置由同步控制器、相機、激光光源構成，相機鏡頭和激光光源中心點的連線和所述的柱狀多孔燃燒器的中軸線平行且位于其正下方，所述的數(shù)據(jù)采集和計算機遠程控制系統(tǒng)與變頻漩渦風機、渦街流量計、注射泵、自動配氣系統(tǒng)、火焰溫度測量裝置、凝聚相顆粒粒徑、速度測量裝置相連。
[0006]其中，所述的柱狀多孔燃燒器包括多孔燃燒頭、無機陶瓷薄層、燃燒器底座，其中多孔燃燒頭半外圓柱面涂覆有光滑的耐高溫無機陶瓷薄層，多孔燃燒頭與燃燒器底座通過螺紋連接，在燃燒器底座上設有兩個螺紋孔，分別安裝快插直通接頭和螺紋固定式熱電偶。
[0007]其中，所述的霧化裝置包括石英玻璃同心霧化器、高精密注射泵、玻璃轉子流量計，石英玻璃同心霧化器固定在噴霧器支架上，進液管與進氣管分別穿過噴霧器支架端子上的通孔與注射泵和玻璃轉子流量計連接。
[0008]其中，噴霧器支架包括一個帶有三個卡扣的圓柱形支撐架和兩個側面滾花的密封端子，支撐架兩端有外螺紋用于與兩個密封端子連接，密封端子上設有與進水管和進氣管管徑相適應的通孔。
[0009]其中，火焰溫度測量裝置包括升降器固定座，升降器，連接桿固定座、懸臂，陶瓷管，R型對焊熱電偶裸絲，升降器固定座鉗口部分緊固于觀察裝置與收縮段的法蘭盤上，升降器固定于升降臺固定座上，連接桿固定座連接懸臂和升降器的滑塊，懸臂一端有通孔，陶瓷管插入通孔固定于懸臂上，對焊熱電偶裸絲穿過陶瓷管，通過補償導線連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0010]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0011]本實用新型實驗裝置細水霧與火焰作用觀察裝置四側均采用石英玻璃，有利于用高速攝像機、紋影系統(tǒng)、PIV、紅外攝像機等設備得到細水霧與火焰作用的瞬態(tài)過程、速度場分布、溫度分布等信息。當將噴霧裝置和注射泵替換為固體或氣體滅火劑進樣裝置，本實用新型實驗裝置可用于研宄固體和氣體滅火劑滅火的機理、篩選高效的固體和氣體滅火劑。當把柱狀燃燒器替換成導線、PMMA柱等固體時，本實用新型實驗裝置還可以研宄細水霧熄滅固相燃燒的機理。由于本實用新型能夠在觀察段提供速度均一、定量、可變的空氣流，因此可以取下柱狀燃燒器并堵上玻璃窗上的圓口，利用注射泵產(chǎn)生單顆液滴并懸掛在觀察段中，采用紅外熱像儀觀察液滴表面的溫度變化，從而研宄單顆液滴的傳熱與傳質過程。
[0012]與杯式燃燒器圓柱型觀察窗相比，本實驗裝置觀察段采用相互平行的石英玻璃觀察窗，克服了圖像透過柱面石英玻璃的畸變；與杯式燃燒器液相滅火劑容易在壁面和阻尼網(wǎng)上凝結相比，本實驗裝置中凝聚相引入段和靜流段橫截面積大，水霧受同向氣流帶動后不易在壁面凝結，收縮段恒溫處理所形成的熱邊界層也進一步防止了液相滅火劑在壁面上的損失；與杯式燃燒器滅火劑增大滅火劑濃度達到滅火臨界點的方法相比，本實驗裝置采用增大空氣流速的方法達到滅火臨界點，克服了滅火劑消耗量大的缺點。與平面對沖火焰燃燒器相比，本實驗裝置采用小型風洞和柱狀多孔燃燒器分別提供均勻、穩(wěn)定的氧化劑和可燃氣對沖氣流，避免使用高精度定位系統(tǒng)和高穩(wěn)定氣體輸送系統(tǒng)；本實驗裝置中空氣源通過變頻漩渦風機提供，克服了平面對沖火焰燃燒器壓縮空氣消耗量大的缺點。與縮尺寸或全尺寸模擬試驗相比，本實驗裝置的試驗成本低，并且克服了液相滅火劑精確定量難、粒徑分布不可控的缺點。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實驗裝置結構示意圖；
[0014]圖2是柱狀多孔燃燒器結構示意圖；
[0015]圖3是霧化裝置及噴霧器支架結構示意圖；
[0016]圖4是火焰溫度測量裝置結構示意圖；
[0017]圖5是自動配氣系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0019]參照圖1，含添加劑細水霧滅火有效性評估的實驗裝置，包括氧化劑流定量供給和輸運系統(tǒng)，可燃氣體定量供給和輸運系統(tǒng)，表征系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和計算機遠程控制系統(tǒng)四部分，氧化劑流定量供給和輸運系統(tǒng)包括變頻漩渦風機1、渦街流量計2、小型風洞3、霧化裝置4、噴霧器支架5，可燃氣體定量供給和輸運系統(tǒng)包括柱狀多孔燃燒器6、自動配氣系統(tǒng)7，表征系統(tǒng)包括細水霧與火焰作用觀察裝置8、火焰溫度測量裝置9和凝聚相顆粒粒徑測量裝置10，變頻漩渦風機I通過一寸波紋管與渦街流量計2的0.3米進口直管連接，渦街流量計2采用DN25的法蘭盤接入管道，與其相連的出口管道采用I寸波紋管與風洞入口連接，小型風洞3包括過渡段3-1、彎管段3-2、擴散段3-3、阻尼段3-4、凝聚相引入段3_5、靜流段3-6和收縮段3-7，其中過渡段3-1入口直徑25毫米、出口直徑125毫米、長600毫米，90度彎管段3-2橫截面直徑為125毫米，擴算段3-3為方轉圓異徑接頭，其圓口直徑125毫米、方口邊長250毫米、高150毫米，阻尼段3-4、凝聚相引入段3-5、靜流段3_6橫截面為邊長250毫米的正方形，高分別為80毫米，330毫米和120毫米，收縮段3-7收縮曲線采用移軸維氏曲線，入口橫截面為邊長250毫米的正方形，出口橫截面為邊長分別為40毫米和120毫米的矩形，以上各段通過法蘭自下至上依次連接，在過渡段3-1和彎管段3-2連接處、彎管段3-2與擴散段3-3連接處均設有蜂窩器，阻尼段3-4全段設有蜂窩器且其與擴散段3-3、凝聚相引入段3-5的法蘭連接面處分別夾裝有8目和12