[发明专利]一种点燃实验模拟装置

说明书

本发明公开了一种点燃实验模拟装置，包括对流加热系统、辐射加热系统以及固体实验样本；对流加热系统包括气体管道、空气压缩机和对流加热器以及对流加热控制柜；气体管道的出口设有铂片、铂网和水冷套管；辐射加热系统包括红外加热模块和红外加热控制柜。上述装置包括对流加热系统、辐射加热系统、对流加热控制柜和红外加热控制柜，能够相对独立地调节对流加热系统和辐射加热系统对固体实验样本所施加的对流加热热流值和辐射热通量值，以实现对辐射热通量和对流加热热流的精准控制；且在气体管道的出口设置铂片、铂网和水冷套管，以使出口端成为低辐射管道，进而能够更灵活地调控装置所提供的总热通量中辐射热通量与对流加热热流的相对比例。

技术领域

本发明涉及材料点燃技术领域，更具体地说，涉及一种点燃实验模拟装置。

背景技术

森林火灾是世界八大自然灾害之一，历史重特大火灾案例表明，包括我国在内的世界各国的森林—城镇交界区域火灾(以下简称交界域火灾)形势日益严峻。交界域中建筑与植被混合分布，可燃物分布和地理环境非常复杂，发生火灾更易导致严重后果。火蔓延是火焰对前方燃料不断预热并持续点燃的过程。可燃物热解与着火是固体火灾发生的初始阶段，对交界域火灾的蔓延与发展至关重要。在真实火蔓延场景中，交界域中的树冠精细燃料存在可燃烧到不可燃的突变，这是目前火蔓延半经验模型无法解释的现象。此外，火灾蔓延模型无法基于对火灾蔓延过程的基本理解来提供更有效的管理方案。采用实验和理论方法来提高对火蔓延过程的认识，特别是灌木和树冠燃料(精细燃料)的点燃行为已经成为当前研究的重点。

火蔓延过程中主要存在对流加热、辐射加热和对流冷却三种传热形式。辐射点燃和对流点燃的机理有所不同；现阶段业内对精细燃料主导加热的机制和灌木树冠燃料的点燃现象存在很大争议。为了建立能够可靠地估计灌木丛和乔木冠层发生火灾(树冠火)的可能性的物理基础，对燃料进行点燃模拟实验研究是不可或缺的。由于对主导加热机制的不确定性，前人在辐射加热或对流加热条件下进行了点燃实验研究，但现有装置无法同时实现对辐射热通量和对流热加热热流的独立控制；且现有的对流加热装置在对流段均使用常规的高发射率材料，未采取措施降低对流装置的背景辐射值，这对点燃特征参数与对流加热变化相关性研究产生了不可忽视的影响。并且，现有对流装置出口端尺寸和气流流速较小，这对实验样本尺寸和实验工况的选择带来了很大限制。即现有装置无法同时实现对辐射热通量和对流加热热流的精细控制，亦不能相对独立地调节对流加热热流和辐射热通量在总加热热流中的占比；且目前的对流加热装置中存在较高的背景辐射值和较低的气流流速上限，无法涵盖真实森林火灾场景中的参数范围。

因此，如何相对独立地实现对辐射热通量和对流加热热流的控制，是现阶段该领域亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种点燃实验模拟装置，该装置能够相对独立地实现对辐射热通量和对流加热热流的控制，解决了现阶段该领域的难题。

一种点燃实验模拟装置，包括对流加热系统、辐射加热系统以及固体实验样本；

所述对流加热系统包括气体管道、设置于所述气体管道入口的空气压缩机和对流加热器以及用于控制所述对流加热器的对流加热控制柜；所述气体管道出口的内周面设有铂片，外周面包裹有水冷套管，内壁设有能够使气体穿过的铂网；所述气体管道内的所述气体为氧气和氮气的混合物；

所述固体实验样本设置于所述气体管道出口的上方；

所述辐射加热系统包括设置于所述气体管道出口的红外加热模块和用于控制所述红外加热模块的红外加热控制柜。

优选的，所述的点燃实验模拟装置，所述空气压缩机与所述对流加热器之间还设有冷冻式干燥机、减压阀以及气体质量流量控制器。

优选的，所述的点燃实验模拟装置，还包括用于固定所述气体管道的管道支架，所述气体管道的外周面包裹有保温材料。