專利名稱：一種火災煙氣流場示蹤方法
技術領域：
本發(fā)明涉及火災實驗中的煙氣形態(tài)和流場的示蹤方法。
背景技術：
火災所產生煙氣是造成火勢蔓延、人員傷亡以及財產損失的重要因素。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(shù)。然而，該類參數(shù)的準確獲取一直 是火災實驗的難點，原因如下 一方面，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)火災煙氣層的可視方法十分必要。
另一方面，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 Image Velocimetry)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(shù)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(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煙氣。火災燃燒產生的 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。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于為煙氣層宏觀厚度、煙氣層內部精細流場結構的實驗測量提供一種 火災流場示蹤方法，。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術方案如下
本發(fā)明所述的火災煙氣流場示蹤方法，包括采用火源模擬系統(tǒng)加熱火災試驗裝置內
部空氣，引發(fā)空氣流動；采用加入裝置向試驗裝置內注入火災煙氣模擬顆粒；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)字攝像系統(tǒng)錄制煙氣模擬顆粒分布及運動 狀況的視頻圖像。其特征在于所述火源模擬系統(tǒng)，為燃氣流量可控的丙烷氣體燃燒器l;
所述火災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的半導體激光片光源5;所述火災煙氣模擬顆粒，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、進氣管8、閥門9、空氣 壓縮機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，使該豎直平面內的煙氣層 形態(tài)和煙氣層厚度可視；在測量煙氣層內部流場時，調節(jié)空氣壓縮機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
攝該平面內的氮化硼顆粒運動軌跡，可分析該平面內的火災煙氣流場結構。 本發(fā)明的有益技術效果體現(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，產物清潔；利用檀香產生的煙顆粒模擬火災煙氣，對環(huán)境無污染，對人體無傷 害，對實驗設備無腐蝕；
(2) 采用激光片光對煙氣層進行照射，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，其成本低且對火災煙氣的跟
隨性好；示蹤粒子隨空氣壓縮機的氣流從顆粒存儲裝置中均勻、穩(wěn)定地進入煙氣層，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，本發(fā)明所述的火災煙氣流場示蹤方法可以廣泛地應用于小尺寸和全尺 寸的火災實驗中，對于開展火災的實驗室研究有很大的應用價值。通過采用本發(fā)明所述的 火災煙氣流場示蹤方法進行實驗，可以獲得火災煙氣層的厚度、形態(tài)和流場結構等關鍵參 數(shù)，對指導火災煙氣控制具有重要意義。
圖1為火災煙氣層厚度和形態(tài)測量方法示意圖； 圖2為火災煙氣流場結構測量方法示意圖。 圖中各部件的標號如下
l-丙垸氣體燃燒器；2-燃氣流量計；3-檀香；4-檀香支撐裝置；5-激光片光源；6-攝 像機；7-示蹤顆粒存儲裝置；8-進氣管；9-閥門；10-空氣壓縮機；11-示蹤顆粒噴口。
具體實施例方式
下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明。 實施例l:對火災煙氣層厚度和形態(tài)的測量 參見圖1，在本實施例中，將點燃的檀香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記錄煙氣層形態(tài)和厚度。
實施例2:對火災煙氣流場結構的測量 參見圖2，在本實施例中，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4，并調節(jié)空氣壓縮機的出口氣流速度，空氣壓縮機的出口通過進氣管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中經過反復碰撞后，經過示蹤顆粒
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；利 用拍攝方向與激光片光平面為90度夾角 攝像機記錄氮化硼顆粒的運動軌跡，為分析流場 結構提供基礎。
權利要求
1、一種火災煙氣流場示蹤方法，其特征在于，包括步驟1，采用火源模擬系統(tǒng)加熱火災試驗裝置內部空氣，引發(fā)空氣流動；步驟2，采用加入裝置向試驗裝置內注入火災煙氣模擬顆粒；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)字攝像系統(tǒng)錄制煙氣模擬顆粒分布及運動狀況的視頻圖像。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述火源模擬系統(tǒng)采用燃氣流量可控的丙 烷氣體燃燒器。
3、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述火災煙氣模擬顆粒采用檀香燃燒的煙 顆粒模擬實現(xiàn)。
4、 如權利要求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)采用燃氣流量可控的丙烷氣體燃燒器；煙顆粒采用檀香燃燒的煙顆粒模擬火災煙顆粒；示蹤顆粒粒徑為1-5μm的氮化硼顆粒，用空氣壓縮機將氮化硼顆粒均勻、穩(wěn)定地輸運到煙氣層中；本發(fā)明可廣泛地應用于火災小尺寸實驗和全尺寸實驗，使得火災實驗過程安全可控、環(huán)境友好；通過本發(fā)明提供的方法，可以獲得火災煙氣層的厚度、形態(tài)和流場結構等關鍵參數(shù)，對指導火災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)先權日2009年7月28日
發(fā)明者飛 唐, 實 祝, 胡銀方, 胡隆華, 東 陽, 然 霍 申請人:中國科學技術大學
專業(yè)數(shù)控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
