專利名稱：一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于火災安全技術領域，具體涉及一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置，其在可調整控制液面在不同的高度，同時測量質量燃燒速率的簡便易操作實驗研究裝備。
背景技術：
在火災學及燃燒學研究技術領域，燃料池火燃燒行為都是一項十分重要的研究內容，燃料池燃燒的危害大，與它的火災特征密切相關。燃料池火災通常發展迅速、極易形成爆炸性火災和大面積流淌火災，滅火難度大、復燃現象普遍，其造成的直接和間接經濟損失不可估量。如2011年7月11日，廣東惠州大亞灣石化區中海石油煉化裝置發生火災事故，廣東省出動消防車79輛，消防官兵472名對大火進行長達13個小時的撲救，火災釋放出大量顆粒物、一氧化碳等有毒有害物質，火勢一度達到8層樓高。大火對周圍環境甚至是海洋·生態都造成極大的危害。2010年4月20日，美國墨西哥灣漏油并引發大火和爆炸，爆炸造成11名工作人員死亡以及17人受傷。多艘船只努力撲滅大火，但沒有成功。鉆油臺燃燒后約36小時，最終于4月22日早上沉沒，整個燃燒過程和后續的漏油事故造成數以百億的經濟損失。燃料池火災的多發性和危害性迫使人們對此類火災的燃燒速率、燃燒熱力學性質等問題進行深入研究。對于燃料池的燃燒行為，國內外已開展過一定研究。燃燒速率是其中最重要的參數。通常認為燃料池面積決定了其燃燒速率。而實際上，燃料層的厚度(深度)也會對燃燒速率產生重要影響。對于深燃料池，燃燒過程中僅燃料液面層直接被火焰加熱，接收熱反饋，維持燃燒。在逐漸達到穩定燃燒的過程中，液面高溫燃料層會逐漸向下層低溫燃料傳熱，燃料層內深度方向上會形成溫度梯度。然而對于初始燃料量固定的燃料池，隨著池內燃料的燃燒，燃料層厚度會逐漸減低。這種情況下，通過燃料池底部向外的熱損失將不可忽略，甚至會占越來越重要的比重。另一方面，燃料液面下降之后，燃料池上部分將直接暴露在火焰內，火焰對壁面炙烤加熱，壁面溫度上升，壁面對燃料的熱反饋會增加，促進燃料蒸發，燃料燃燒速率增加。這些因素都會對燃料池燃燒的穩定性造成重大影響。因此，維持燃料池液面高度，對于研究穩定燃燒狀態下的燃料池火燃燒行為及其燃燒速率具有重要意義，而通常情況下，要使得燃料池燃燒達到上述的熱平衡穩定狀態，需要很長時間，根據燃料池大小的不同，這種所需達到穩定燃燒狀態的時間要20-30分鐘甚至更多，這就需要一種能長時間不間斷向燃燒中的燃料池內補給燃料而持續維持燃料池燃燒過程中液面高度的實驗裝置；且由于研究不同燃料池深度對燃燒特性影響的需要，這種裝置還要能實現控制燃料池液面的穩定高度在一定范圍內連續可調。另一方面，由于燃料池內的液面高度不變，即其內部的質量不變，直接稱量燃料池內的燃料質量，已不能用來確定燃料池燃燒的質量燃燒速率，因此，需要有其它辦法來確定燃料池燃燒實驗的質量燃燒速率。鑒于上述技術問題的解決，在現有的技術資料中未發現有關這方面專用的實驗裝置的報道，能滿足全面實現上述功能的需要；為了研究在穩定的燃燒液面狀態下，燃料池火燃燒的實驗現象以及燃燒速率等重要參數，本發明研發了一套可以全面滿足上述功能需要，用來實現燃料池火燃燒液面穩定的實驗裝置。該裝置不僅可以有效地自動維持燃燒過程中燃料池內液面的高度，有利于長時間觀察穩定液面情況下達到穩定燃燒狀態時的燃料池火實驗現象和規律，且液面高度可控而可用于研究不用燃料池液面高度(燃料深度)情況下的燃燒行為；還可以通過計量整個裝置系統總質量的方法，較為準確地實時監測和記錄實驗中燃料池火的燃燒速率。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置，且穩定液面高度可控制和自由調節，用來研究燃料池火穩定燃燒時的行為特征及其受燃料池深度的影響，并實時測量其燃燒失重和質量燃燒速率。本發明實現上述目的的技術方案如下一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝 置，所述實驗裝置包括燃料補給系統、溢流系統和稱重系統，其中，所述的燃料補給系統，包括頂層燃料儲池和補給燃料池，二者之間由不銹鋼軟管連接，不銹鋼軟管上的閥門可以控制油從頂層燃料儲池流入補給燃料池的速率大小。補給燃料池通過不銹鋼軟管與實驗的燃燒池相連接，形成連通器體系。補給燃料池下方設有小型升降臺，其高度連續可調，可以通過調節補給燃料池的高度來控制燃燒池中液面的高度，并使該高度在一定范圍內連續可調，以便于研究不同穩定燃料液面高度情況下的燃燒池燃燒特性及燃燒速率。在燃料供應和燃燒的過程中，須保證燃料從頂層燃料儲池流入補給燃料池的補給速率略大于燃燒池內燃料的燃燒(消耗)速率，多余的燃料通過溢流系統從補給燃料池流入底層燃料儲池，使得燃燒實驗可以長時間的一直持續進行并達到穩定燃燒狀態。所述的溢流系統，包括補給燃料池和底層燃料儲池，二者之間亦通過不銹鋼軟管連接，如燃料補給系統所述，補給燃料池側面有個溢流槽，當從頂層燃料儲池流入補給燃料池的補給速率大于實驗中燃燒池內燃料的燃燒(消耗)速率時，多余的燃料便會通過溢流槽和不銹鋼軟管，從補給燃料池流入底層燃料儲池，使燃燒池內的液面始終保持與補給燃料池的液面高度相同。所述的稱重系統，包括天平、系統框架。所述的燃料補給系統和所述的溢流系統放置于系統框架上，系統框架整體放置于天平上。系統框架為鋼結構，共三層，從上而下分別為頂層燃料儲池，補給燃料池和底層燃料儲池。根據實驗設計的要求不同，頂層、底層燃料儲池和補給燃料池池的尺寸大小略有不同，其中頂層燃料儲池和底層燃料儲池體積略大于中間的補給燃料池。所述天平實時測量并采集燃燒池火穩定燃燒時整個系統框架的質量，穩定燃燒階段的系統質量減少速率即為燃燒池的質量燃燒速率。本發明的優點和積極效果為本發明建立了一套保持燃料池火燃燒液面穩定的實驗裝置，燃燒池液面高度可以通過調節補給燃料池的高度來控制，調節系統靈活便捷，精度高。同時可以通過高精度天平測量實驗的燃燒速率。I、在調節燃燒池液面高度方面，通過一套簡便易操作的連通器裝置，調節燃燒池內液面高度與補給燃料池中液面高度一致，補給燃料池下方墊放一塊高度可調整的小型升降平臺(彈簧座)，可以在一定范圍內調節補給燃料池的高度，從而維持燃燒池內的油面高度，并可根據需要將該高度控制在所需要的位置，使燃料液面高度在一定范圍內連續可調，以便于研究不同穩定燃料液面高度(燃料深度)情況下，燃燒池燃燒特性及燃燒速率。其工作方式為燃燒池內液面高度與補給燃料池中液面高度一致，燃料從頂層燃料儲池中流入補給燃料池的速率略大于燃料池火的燃燒速率，多余的部分從補給燃料池流入底層燃料儲池。本發明裝置簡便易操作，在其對燃料液面的穩定下，實驗可以長時間不斷地持續進行，達到充分的穩定燃燒狀態，便于觀察到池火穩定燃燒時的各種燃燒現象并測量其燃燒速率。2、在測量燃燒池的燃燒速率方面，整個框架系統放置在高精度天平上，調節燃料在每個閥門處的流入流出量，使得燃燒池液面保持恒定并一直穩定持續燃燒，天平實時測量整個系統的質量變化，穩定燃燒階段整個系統質量減少的速率即為燃燒池火實驗的燃燒速率。整個系統的誤差小，精度高，重復性強。


圖I為稱重系統主體結構；圖中11.頂層燃料儲池托板，12.補給燃料池托板，13.底層燃料儲池托板，14.天平。圖2為燃燒池液面穩定及燃料補給系統；21.燃燒池，22.不銹鋼軟管3，23.閥門2，24.補給燃料池，25.不銹鋼軟管2，26.溢流槽，27.穩定液面高度。圖3為主體結構圖；31.頂層燃料儲池，32.閥門1，33.不銹鋼軟管I，24.補給燃料池，26.溢流槽，25.不銹鋼軟管2，37.底層燃料儲池，23.閥門2，22.不銹鋼軟管3，21.燃燒池，311.調節螺絲，312.可調高度小型升降臺。
具體實施例方式本發明的具體實施例如下見圖1，實驗用天平14的最大量程為34kg，精度為O. lg，稱重平臺將接收到的壓力變化傳送到數據采集模塊中，并輸入計算機，經轉換后輸出質量隨時間變化的信號，數據采集時間間隔為Is。系統結構由三層支撐面組成，11為頂層燃料儲池托板，12為補給燃料池托板，13為底層燃料儲池托板，從上而下分別放置頂層燃料儲池31、補給燃料池24和底層燃料儲池37。結構支撐架由20mmX20mm的不銹方鋼焊接而成，總體尺寸為40cmX40cmX IOOcm0見圖2，燃料補給系統是個簡易的連通器裝置。補給燃料池24與燃燒池21之間通過管道連接，考慮到部分實驗燃料的腐蝕性和粘性，不銹鋼軟管22選擇Φ 32mm的不銹鋼201波紋軟管，不銹鋼軟管22的各項力學性質和熱學性質都能很好地符合實驗要求。燃燒池21的尺寸大小可根據實驗要求決定。實驗開始后，燃料從頂層燃料儲池31流向補給燃料池24，再通過補給燃料池24不斷向燃燒池21供應燃料，補給燃料池24的高度通過其下面的小型升降臺可以在一定范圍內連續可調，從頂層燃料儲池31流向補給燃料池24的燃料供應速率略大于燃燒池21的燃燒速率，多余的燃料從補給燃料池24流入底層燃料儲池37。
見圖3，整體框架圖包括三層支撐架，頂層燃料儲池31與底層燃料儲池37的尺寸是30X30X30 (cm)，補給燃料池24的尺寸是20X20X 15 (cm)。頂層、底層燃料儲池和補給燃料池24用透明的亞克力材料制成，由透明材料制作可隨時觀測油池內部的油量。這些燃料池的尺寸設計遵循如下原則在不超出電子天平量程(34kg)的條件下，盡可能的使可維持的燃燒時間更長。因此頂層燃料儲池31要提供足夠的補給燃料，底層燃料儲池37要能夠容納溢出的燃料，所以尺寸都需要設計得略大于中間的補給燃料池24。在補給燃料池24下方放置一個高度連續可調的小型可升降平臺，可在一定范圍內調整補給燃料池24乃至燃燒池21內的液面高度。試驗開始后，可用閥門32控制頂層燃料儲池燃料供應流量，使用閥門38可控制補給燃料池向燃燒池的燃料供應流量，實驗結束時可首先關閉閥門38，停止燃燒。上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，并非對本發明范圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述內容做的任何變更、修飾均屬于權利要求書的保護范圍。·
權利要求
1.一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置，其特征在于所述實驗裝置包括燃料補給系統、溢流系統和稱重系統，其中， 所述的燃料補給系統，包括頂層燃料儲池和補給燃料池，二者之間由不銹鋼軟管連接，不銹鋼軟管上的閥門(23)可以控制油從頂層燃料儲池(31)流入補給燃料池(24)的速率大小，補給燃料池(24)通過不銹鋼軟管與實驗的燃燒池相連接，形成連通器體系，補給燃料池(24)下方設有小型升降臺，其高度連續可調，可以通過調節補給燃料池的高度來控制燃燒池中液面的高度，并使該高度在一定范圍內連續可調，以便于研究不同穩定燃料液面高度情況下的燃燒池燃燒特性及燃燒速率，在燃料供應和燃燒的過程中，須保證燃料從頂層燃料儲池(31)流入補給燃料池(24)的補給速率略大于燃燒池(21)內燃料的燃燒速率，多余的燃料通過溢流系統從補給燃料池流(24)入底層燃料儲池(37)，使得燃燒實驗可以長時間的一直持續進行并達到穩定燃燒狀態； 所述的溢流系統，包括所述的補給燃料池(24)和底層燃料儲池(37)，二者之間亦通過不銹鋼軟管連接，補給燃料池(24)側面有個溢流槽，當從頂層燃料儲池(31)流入補給燃料池(24)的補給速率大于實驗中燃燒池內燃料的燃燒速率時，多余的燃料便會通過溢流槽和不銹鋼軟管，從補給燃料池(24)流入底層燃料儲池(37)，使燃燒池(21)內的液面始終保持與補給燃料池(24)的液面高度相同； 所述的稱重系統，包括天平(14)、系統框架，所述的燃料補給系統和所述的溢流系統放置于系統框架上，系統框架整體放置于所述天平(14)上，系統框架為鋼結構，共三層，從上而下分別為頂層燃料儲池托板(11)，補給燃料池托板(12)和底層燃料儲池托板(13)，從上到下分別放置頂層燃料儲池(31)，補給燃料池(21)和底層燃料儲池(37)。
2.根據權利要求I所述的一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置，其特征在于根據實驗設計的要求不同，頂層、底層燃料儲池和補給燃料池的尺寸大小略有不同，其中頂層燃料儲池和底層燃料儲池體積略大于中間的補給燃料池。
3.根據權利要求I所述的一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置，其特征在于所述天平(14)實時測量并采集燃燒池火穩定燃燒時整個系統框架的質量，穩定燃燒階段的系統質量減少速率即為燃燒池的質量燃燒速率。
全文摘要
本發明提供一種能夠實現液面持續穩定的燃燒實驗裝置，所述實驗裝置，主體由燃料補給系統、溢流系統、稱重系統構成，所述的燃料補給系統，包括頂層燃料儲池和補給燃料池，二者之間由不銹鋼軟管連接，不銹鋼管道上的閥門可以控制油從頂層燃料儲池流入補給燃料池的速率大小；所述的溢流系統，包括補給燃料池和底層燃料儲池，二者之間亦通過不銹鋼軟管連接；所述的稱重系統，包括天平、系統框架。本發明建立了一套保持燃料池火燃燒液面穩定的實驗裝置，燃燒池液面高度可以通過調節補給燃料池的高度來控制，調節系統靈活便捷，精度高。同時可以通過高精度天平測量實驗的燃燒速率。
文檔編號G01N5/04GK102879292SQ20121036178
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者胡隆華, 唐偉, 劉帥, 武龍 申請人:中國科學技術大學