[發明專利]一種模擬室內火災煙氣測定可視化試驗平臺及測定方法

在審

• 申請號: 201810291987.5
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108444874A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 易亮;駱暢;周豪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01B11/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

本發明公開了一種模擬室內火災煙氣測定可視化試驗平臺及測定方法，該實驗平臺，包括模型室、火源、光源、氣粒混合裝置、示蹤顆粒供給裝置、空氣供給裝置以及數字攝像系統，所述火源設置在模擬室內，所述火源中心設置有示蹤顆粒釋放口，所述氣粒混合裝置通過顆粒導流管與示蹤顆粒釋放口連通，所述顆粒導流管上設置有流量調節裝置，所述示蹤顆粒供給裝置與空氣供給裝置分別與氣粒混合裝置連通。采用本申請的實驗平臺和測定方法，成本低、安全、環保，提高了對煙氣層厚度以及煙氣流場結構測定的精確度。

技術領域

本發明涉及火災科學研究領域，具體涉及一種模擬室內火災煙氣測定可視化試驗平臺及測定方法。

背景技術

火災科學研究中，實尺寸實驗是最直接的一種研究方法，然而其成本高、實驗條件不易控制、直接開展測試或研究難度較大，因此大多數情況下被縮尺度模型試驗所取代。模型實驗法根據相似原理,通過在與實體環境尺寸成一定比例的幾何條件下進行實驗,獲得模型尺寸下的實驗數據,然后根據一定的轉換關系，預測全尺寸條件下對應的同名參數的值,以實現對全尺寸條件下的現象進行還原。

煙氣層的厚度、煙氣層內部的流場結構等是火災實驗中重點關注的參數。然而，該類參數的準確獲取一直是火災實驗的難點，原因如下：首先，火災燃燒產生的煙氣造成實驗空間內能見度急劇下降，使得肉眼和攝像設備均難以直接觀測和記錄煙氣層厚度。一些學者提出來用基于溫度豎向分布的方法來間接判斷煙氣層的厚度，但溫度和煙顆粒的縱向分布存在較大區別。因此，研發火災煙氣層的可視方法十分必要；其次，對火災煙氣層進行可視化只是對其流場結構進行測量的必要條件。流體力學實驗中通常用PIV(Particle ImageVelocimetry)方法對流場進行測量。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密切相關。值得注意的是，前人的流體實驗中的PIV測量往往針對液體，而火災煙氣是熱氣體，其物理參數與液體有很大差別，前人所用的示蹤粒子顯然不適用于火災煙氣。火災燃燒產生的煙顆粒大多以氣溶膠的形態彌散于煙氣層之中，該類煙顆粒的粒徑進小且感光性不好，肉眼和普通攝像設備均難以對該種粒徑的單個煙顆粒進行分辨。因此，需另外添加合適的示蹤粒子，才能對火災煙氣流場進行PIV測量；并且，火災實驗中，關注的更多的是準穩態下的煙氣層厚度和結構，對于PIV重點關注的平面(二維/三維)流場流速的關注重點并不一致，且PIV實驗具有設備昂貴、實驗要求較高，示蹤顆粒選擇困難的特點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種模擬室內火災煙氣測定可視化試驗平臺及測定方法，以便實現對煙氣層厚度以及煙氣流場結構的準確測量。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：一種模擬室內火災煙氣測定可視化試驗平臺，包括模型室、火源、光源、氣粒混合裝置、示蹤顆粒供給裝置、空氣供給裝置以及數字攝像系統，所述火源設置在模擬室內，所述火源中心設置有示蹤顆粒釋放口，所述氣粒混合裝置通過顆粒導流管與示蹤顆粒釋放口連通，所述顆粒導流管上設置有流量調節裝置，所述示蹤顆粒供給裝置與空氣供給裝置分別與氣粒混合裝置連通。

進一步，所述空氣供給裝置包括氣體干燥器和空氣壓縮機。

進一步，所述數字攝像系統包括圖像處理單元以及設置在模型室內的圖像采集單元。

進一步，采用丙烷氣體燃燒器模擬火源。

進一步，所述光源為半導體激光片光源。

進一步，所述半導體激光片光源的輸出功率為0.8-1.2W、線寬為0.8-1.2mm。

進一步，所述模型室由透明鋼化玻璃制成。

本發明還公開了一種模擬室內火災煙氣測定方法，采用上述的試驗平臺進行煙氣的測定，包括如下步驟：

1)采用火源加熱模型室內的空氣，使空氣流動；