一种多路并联热释放速率测试系统及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热释放速率测试系统，更具体的说，是涉及一种测量大功率火源 热释放速率的多路并联热释放速率测试系统及测试方法。
【背景技术】
[0002] 热释放速率是可燃物燃烧时单位时间内释放出的热量。一直以来，热释放速率都 被视为反映火灾场景、表征火灾过程的最重要的参数。通过不同形式的实验，人们发展了多 种测量热释放速率的方法，目前被大家广为接受的测量方法主要是失重法和耗氧法，而耗 氧法是进行火灾研宄的主流方法。
[0003] 耗氧法是指，净燃烧热和燃烧所消耗的氧气质量呈比例，这个关系是每消耗Ikg 氧气所释放出的热量大约为13.IOX103kJ，在实际应用中就是利用这种方法来计算可燃物 在燃烧过程中所释放出来的能量。
[0004] 目前，现有的热释放速率测量装置的量程基本上都是固定值，当火源热释放速率 大小变化较大时，很难同时满足测量结果对量程和精度的要求。因此有必要研宄一种多路 并联的热释放速率测试系统，当所研宄的火灾规模较小时，采用单条排烟管路进行烟气收 集，从而满足系统对精度的要求；当火源功率较大时，采用多条排烟管路并联的方法进行烟 气收集，从而满足系统对量程的要求。
[0005] 目前，为进行热释放速率研宄所设计的系统基本上都是针对面积较小的燃烧物， 当燃烧物面积较大时，所产生的烟气范围较大，而单个排烟风机所能排放的烟气流量有限， 并且单条排烟管道受到空间及尺寸的限制，烟气不能被排烟管道完全收集，会使测量结果 不准确。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够提高热释放速 率测试的量程和精度，能够应用在不同场合，能够实时、准确反映燃烧过程中热释放速率变 化情况的多路并联热释放速率测试系统。
[0007] 本发明的另一个目的是提供一种使用简单、方便的测试方法，对燃烧面积大、热释 放速率高的火灾进行准确量热，并且利用多路集烟管道的开启和关闭，实现量程调节，在火 源功率较小时也能准确量热。
[0008] 为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
[0009] 一种多路并联热释放速率测试系统，包括燃烧室、数据采集器、数据处理器和多个 测试单元；每个所述测试单元包括烟气收集系统、烟气流量测量系统和烟气采样系统，所述 烟气收集系统包括排烟管道、整流栅、取样段和排烟风机；所述烟气流量测量系统包括双向 皮托管、差压传感器和热电偶；所述烟气采样系统包括烟气采样管、冷凝器、烟气过滤器、干 燥装置、取样泵、转子流量计、氧传感器、〇) 2传感器、CO传感器；所述排烟管道分别通过排烟 口与所述燃烧室连通，每个所述测试单元中的所述排烟管道并联连接；所述取样段设置于 所述排烟管道内部烟气充分混合的位置，所述整流栅安装于所述排烟管道内部，所述排烟 风机安装于所述排烟管道的出口端；所述取样段内安装有所述双向皮托管、热电偶和烟气 采样管，所述双向皮托管与所述差压传感器连接；所述烟气采样管的烟气输出端依次与所 述冷凝器、烟气过滤器、干燥装置、取样泵、转子流量计、氧传感器、〇) 2传感器和CO传感器连 接，所述热电偶、差压传感器、氧传感器、〇)2传感器和CO传感器的信号输出端分别与所述数 据采集器的信号输入端连接，所述数据采集器的信号输出端与所述数据处理器的信号输入 端连接。
[0010] 所述排烟口位于所述燃烧室的侧壁，每个所述测试单元的排烟管道分别与所述燃 烧室平行设置。
[0011] 所述燃烧室两端分别安装有挡烟垂壁。
[0012] 所述排烟口位于所述燃烧室的顶部，每个所述测试单元的排烟管道分别通过所述 排烟口与所述燃烧室连通。
[0013] 所述燃烧室两端分别安装有挡烟垂壁。
[0014] 所述双向皮托管安装于所述排烟管道的中心线上。
[0015] 所述氧传感器采用氧化锆传感器，所述氧化锆传感器的探头部分安装于金属测试 腔内，所述氧化错传感器带有加热元件，所述加热元件与直流电源连接。
[0016] 所述取样泵与转子流量计之间安装有三通接头，所述三通接头的支管与外部环境 连通；所述排烟风机与变频器连接。
[0017] -种使用所述的多路并联热释放速率测试系统实现热释放速率测试的方法，包括 下述步骤：
[0018] (1)当所测试燃烧物的热释放速率峰值小于系统设计量程的45%时，使用一个测 试单元工作；当所测试燃烧物的热释放速率峰值大于或等于系统设计量程的45%时，使用 多个并联的测试单元同时工作；
[0019] (2)在实验开始前，首先打开排烟风机，待风机运转稳定后，打开取样泵，调节转子 流量计，使流过转子流量计的样气流量为〇. 5~2L/min;
[0020] (3)将氧传感器、0)2传感器、CO传感器接入电源，预热5min，然后采集氧传感器输 出的电压，将此电压作为氧传感器计算时的本底电势值；
[0021] (4)点燃可燃物，数据采集器采集热电偶、差压传感器、氧传感器、0)2传感器和CO 传感器的数据送到数据处理器，数据处理器分别计算出各测试单元所测出的热释放速率变 化，再将各测试单元的热释放速率相加即可得到燃烧物的热释放速率变化；每个测试单元 的热释放速率由下式计算；
【主权项】
1. 一种多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，包括燃烧室、数据采集器、数据处 理器和多个测试单元；每个所述测试单元包括烟气收集系统、烟气流量测量系统和烟气采 样系统，所述烟气收集系统包括排烟管道、整流栅、取样段和排烟风机；所述烟气流量测量 系统包括双向皮托管、差压传感器和热电偶；所述烟气采样系统包括烟气采样管、冷凝器、 烟气过滤器、干燥装置、取样泵、转子流量计、氧传感器、〇) 2传感器、CO传感器；所述排烟管 道分别通过排烟口与所述燃烧室连通，每个所述测试单元中的所述排烟管道并联连接；所 述取样段设置于所述排烟管道内部烟气充分混合的位置，所述整流栅安装于所述排烟管道 内部，所述排烟风机安装于所述排烟管道的出口端；所述取样段内安装有所述双向皮托管、 热电偶和烟气采样管，所述双向皮托管与所述差压传感器连接；所述烟气采样管的烟气输 出端依次与所述冷凝器、烟气过滤器、干燥装置、取样泵、转子流量计、氧传感器、CO 2传感器 和CO传感器连接，所述热电偶、差压传感器、氧传感器、〇)2传感器和CO传感器的信号输出 端分别与所述数据采集器的信号输入端连接，所述数据采集器的信号输出端与所述数据处 理器的信号输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所述排烟口位 于所述燃烧室的侧壁，每个所述测试单元的排烟管道分别与所述燃烧室平行设置。
3. 根据权利要求2所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所述燃烧室两 端分别安装有挡烟垂壁。
4. 根据权利要求1所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所述排烟口位 于所述燃烧室的顶部，每个所述测试单元的排烟管道分别通过所述排烟口与所述燃烧室连 通。
5. 根据权利要求4所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所述燃烧室两 端分别安装有挡烟垂壁。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所 述双向皮托管安装于所述排烟管道的中心线上。
7. 根据权利要求6所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所述氧传感器 采用氧化锆传感器，所述氧化锆传感器的探头部分安装于金属测试腔内，所述氧化锆传感 器带有加热元件，所述加热元件与直流电源连接。
8. 根据权利要求7所述的多路并联热释放速率测试系统，其特征在于，所述取样泵与 转子流量计之间安装有三通接头，所述三通接头的支管与外部环境连通；所述排烟风机与 变频器连接。
9. 一种使用权利要求1-8中任一项所述的多路并联热释放速率测试系统实现热释放 速率测试的方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 当所测试燃烧物的热释放速率峰值小于系统设计量程的45%时，使用一个测试单 元工作；当所测试燃烧物的热释放速率峰值大于或等于系统设计量程的45%时，使用多个 并联的测试单元同时工作； (2) 在实验开始前，首先打开排烟风机，待风机运转稳定后，打开取样泵，调节转子流量 计，使流过转子流量计的样气流量为〇. 5~2L/min ; (3) 将氧传感器、0)2传感器、CO传感器接入电源，预热5min，然后采集氧传感器输出的 电压，将此电压作为氧传感器计算时的本底电势值； (4)点燃可燃物，数据采集器采集热电偶、差压传感器、氧传感器、0)2传感器和CO传感 器的数据送到数据处理器，数据处理器分别计算出各测试单元所测出的热释放速率变化， 再将各测试单元的热释放速率相加即可得到燃烧物的热释放速率变化；每个测试单元的热 释放速率由下式计算：
其中：忍=砧
式中：Q-热释放速率，丽； E1-消耗单位体积氧气所释放的热量，17. 3MJ/m3; -氧气的环境摩尔百分数，％ ; -空气中氧浓度，％ Φ-耗氧系数； α -燃烧反应的耗氧扩展系数，a = 1. 105 ; -空气中CO2浓度，％ ; 烟气中CO2浓度，％; Χ〇Γ烟气中⑶浓度，％。
【专利摘要】本发明公开了一种多路并联热释放速率测试系统及测试方法，旨在提供一种运用多路并联的方式，对燃烧面积大、热释放速率高的火灾进行准确量热的系统及测试方法。包括燃烧室、数据采集器、数据处理器和多个测试单元；每个测试单元包括烟气收集系统、烟气流量测量系统和烟气采样系统，烟气收集系统包括排烟管道、整流栅、取样段和排烟风机；烟气流量测量系统包括双向皮托管、差压传感器和热电偶；烟气采样系统包括烟气采样管、冷凝器、烟气过滤器、干燥装置、取样泵、转子流量计、氧传感器、CO2传感器、CO传感器；每个测试单元中的排烟管道并联连接。本发明可应用于隧道火灾的热释放速率测试，也可用于对汽车、列车火灾的热释放速率的测试。
【IPC分类】G01N25-22
【公开号】CN104764769
【申请号】CN201510198919
【发明人】刘万福, 王国卓, 严雷, 戚务勤
【申请人】天津商业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月23日