一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置

本发明涉及消防安全，尤其涉及一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置。

背景技术：

1、建筑腔室火灾频发，给人民的生命与财产安全带来了巨大的威胁。认识腔室火灾动力学行为对其火灾的防治具有极其重要的意义。火源热释放速率、火场温度、有毒有害气体浓度、热辐射等物理量是研究腔室火灾的关键参数。其中，热释放速率是火灾最基本的参数，决定了火源释放的热量和火灾规模，进一步决定了一系列燃烧特性参数，如火焰高度、火场温度等。然而，在火灾实验中，随着火源不断的释放热量，腔室内温度不断升高，有些情况下可能会发生轰燃，导致腔室顶部温度高达500oc甚至更高。高温热烟气、热空气对热释放速率的采集造成重要影响。因此，如何获取实验中的实时火源热释放速率成为腔室火灾研究的一个难题。

2、在火灾研究领域，热释放速率主要通过氧耗法和质量损失法两种方法进行测量。其中，氧耗法测量原理是当燃料完全燃烧时每消耗单位质量的氧气会产生相同的热量，通过测量消耗的氧气量推算热释放速率，实际火灾实验过程中，燃料往往并非完全燃烧，因此氧耗法测量所得热释放速率会存在一定偏差。质量损失法是利用燃料质量损失速率和燃料燃烧热值来计算热释放速率，质量损失速率是燃料在燃烧过程中质量随时间的变化率，实验中可通过在线测量燃料质量来获得。

3、目前，在火灾实验中，常采用精密天平进行测量。一般而言，高精度天平量程往往较小，难以满足大尺度池火实验需求，且精密天平费用昂贵，容易在火灾实验中受到损坏。通常在火灾实验中，实验人员会采用防火隔热棉、铝箔纸等介质对天平进行防护，防护介质难免会触地（若不触地，防护介质无法对天平底部进行防护），因此天平会通过防护介质与地面接触，介质的质量会对天平称重产生严重影响。另一方面，火场环境下的高温热作用会对天平的称重准确性产生一定的影响，但这一影响往往会被忽视。此外，对于一些腔室火灾动力学实验，腔室发生轰燃时，腔室顶部烟气层温度可达到500oc，甚至更高，高温导致天平无法在该环境下使用。

4、现有技术的热防护设施的特点大体如下：（1）防护设施单一、防护部位不完整；（2）防护设施表述不明确；（3）无防护设施。如cn202066575u，仅在地秤外壳涂防火涂料，地秤主体、电源线、数据线等其他元件仍暴露于高温火场之中，尽管地秤主体内设有水槽，且水槽盛放水（并非循环冷却水系统），但是，若在腔室火灾实验的高温热作用下（500oc甚至更高），水槽内水的存在反而成了吸热的主体，不利于地秤的热保护，无法抵御500oc甚至更高温度的热作用；如cn105929103a，提及防火毯及冷却水管作为热防护措施，但称重传感器、信号线等仍暴露在火灾中，亦无法抵御500oc甚至更高温度的热作用；如cn115683920a、cn114674584a、cn104977222a仅提到隔热保护措施，但并未明确具体防护结构和材料；如cn101514917a并未提及热防护措施。

5、综上，现有技术难以解决火场温度超过500oc的实验场景下的燃料质量损失的精确采集。如何采集高温条件下的燃料质量损失成为建筑火灾研究的一个难题。因此，当前腔室火灾发生轰燃时的热释放速率均是采用其他方法进行粗略的估计值，尚无通过测量燃料质量损失而获得相对精确值的办法。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，旨在解决以往火灾实验中由于火场温度过高（尤其是火场温度超过500oc的场景）而导致火源质量损失无法采集或者因环境高温作用导致采集数据失真的问题。

2、本发明提出的一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，包括尾板、水冷机构、称重机构和装载机构；水冷机构放置在尾板上形成水冷空间，称重机构设置于水冷空间中，装载机构一端设置于水冷空间外侧、另一端穿过水冷机构与称重机构固定连接。

3、进一步地，水冷机构包括上部水冷机构和下部水冷机构；下部水冷机构包括下水冷板、下进水管和下出水管，下进水管和下出水管分别与下水冷板的中空腔体连通，下水冷板与尾板固定连接；上部水冷机构包括上水冷板、上进水管和上出水管，上水冷板设置于下水冷板的上方并与下水冷板之间形成上水冷空间，上进水管和上出水管分别与上水冷空间连通，装载机构依次穿过上水冷板、下水冷板设置。

4、进一步地，上水冷空间中开设孔道，孔道的上方穿出上水冷板、下方伸入下水冷板设定距离后穿出下水冷板，孔道与下水冷板之间形成环绕孔道的局部水冷域，装载机构穿过孔道设置，孔道长度与孔道孔径比值不小于10。

5、进一步地，上水冷板、下水冷板在与外界连接的面上涂覆有第一热防护结构，下水冷板的内侧面设置有第二热防护结构。

6、进一步地，所述装载机构包括载物台、立柱和固定于称重机构上方的连接板，载物台设置于上水冷空间上方，立柱的一端与载物台固定连接、另一端穿过孔道与连接板固定连接。

7、进一步地，所述立柱为四至多个，相邻立柱之间通过连接板连接，连接板固定于称重机构固上。

8、进一步地，所述称重机构包括称重底座、称重传感器和称重台，称重底座设置于尾板上，称重传感器设置于称重底座上且感应端与称重台连接，连接板与称重台固定连接。

9、进一步地，称重底座与尾板之间设置有脚板，称重传感器连接有供电电池。

10、进一步地，尾板上还设置有数据采集仪和数据转换器，数据采集仪的输入端与称重传感器电连接、输出端与数据转换器的输入端连接。数据采集仪和数据转换器连接供电电池。

11、进一步地，尾板下部设置有万向轮和调平机构。

12、本发明提供的一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置的优点在于：本发明提供的一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，将水冷机构与称重机构及装载机构连成一体，便于运输、携带。装载机构通过水冷板开设的竖向孔道贯穿水冷板，装载机构上方平台承载燃料盘，下方平台与称重机构固定一起。水冷板上孔道的长度与孔径比不小于10，可大大衰减外界热烟气、热空气、火焰与整个水冷空间内空气的热对流作用，确保整个水冷空间内的低温度环境；可以解决火灾实验场景下，腔室温度超过500oc条件下的实时质量损失采集问题。

技术特征：

1.一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，包括尾板（1）、水冷机构、称重机构（3）和装载机构（4）；水冷机构放置在尾板（1）上形成水冷空间，称重机构（3）设置于水冷空间中，装载机构（4）一端设置于水冷空间外侧、另一端穿过水冷机构与称重机构（3）固定连接。

2.根据权利要求1所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，所述水冷机构包括上部水冷机构（5）和下部水冷机构（2）；

3.根据权利要求2所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，所述上水冷空间中开设孔道（54），孔道（54）的上方穿出上水冷板（51）、下方伸入下水冷板（21）设定距离后穿出下水冷板（21），孔道（54）与下水冷板（21）之间形成环绕孔道（54）的局部水冷域，装载机构（4）穿过孔道（54）设置，孔道（54）长度与孔道（54）孔径比值不小于10。

4.根据权利要求2所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，上水冷板（51）、下水冷板（21）在与外界连接的面上涂覆有第一热防护结构（24），下水冷板（21）的内侧面设置有第二热防护结构（25）。

5.根据权利要求3所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，所述装载机构（4）包括载物台（41）、立柱（42）和固定于称重机构（3）上方的连接板（43），载物台（41）设置于上水冷空间上方，立柱（42）的一端与载物台（41）固定连接、另一端穿过孔道（54）与连接板（43）固定连接。

6.根据权利要求5所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，所述立柱（42）为四至多个，相邻立柱（42）之间通过连接板（43）连接。

7.根据权利要求6所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，所述称重机构（3）包括称重底座（31）、称重传感器（32）和称重台（33），称重底座（31）设置于尾板（1）上，称重传感器（32）设置于称重底座（31）上且感应端与称重台（33）连接，连接板（43）与称重台（33）固定连接。

8.根据权利要求7所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，称重底座（31）与尾板（1）之间设置有脚板（34），称重传感器（32）连接有供电电池（37）。

9.根据权利要求7所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，所述称重机构（3）还包括设置于尾板（1）上的数据采集仪（35）和数据转换器（36），数据采集仪（35）的输入端与称重传感器（32）电连接、输出端与数据转换器（36）的输入端连接，数据采集仪（35）和数据转换器（36）连接供电电池（37）。

10.根据权利要求1-8任一所述的火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，其特征在于，尾板（1）下部设置有万向轮（6）和调平机构（7）。

技术总结
本发明公开了一种火灾实验场景下的实时质量损失采集装置，包括尾板、水冷机构、称重机构和装载机构；水冷机构放置在尾板上形成水冷空间；称重机构设置于水冷空间中；装载机构一端设置于水冷空间外侧、另一端穿过水冷机构与称重机构固定连接。该实时质量损失采集装置旨在解决以往火灾实验中由于火场温度过高，导致火源质量损失无法采集或者因环境高温作用导致采集数据失真的问题，尤其针对腔室温度高达到500<supgt;o</supgt;C甚至以上的场景。

技术研发人员：徐明俊,林锦,李倩,黎昌海
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16