本發(fā)明涉及火焰碳黑測量，具體涉及一種基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、液體燃料作為現(xiàn)代工業(yè)和社會發(fā)展不可或缺的能量來源，被廣泛應(yīng)用于化工、航天等多個領(lǐng)域。但由于液體燃料通常具有易燃、易爆及流動性等特點，在生產(chǎn)、儲存、運輸及加工使用過程中，極易發(fā)生油池火災(zāi)事故?；馂?zāi)的對外輻射是確定安全距離、指導(dǎo)應(yīng)急救援的關(guān)鍵?；鹧嬷刑己诘纳裳莼?guī)律及其物理特性直接決定著火焰的對外輻射強度。然而，當(dāng)前關(guān)于油池火碳黑特性的研究相對較為有限，已有研究主要基于相對穩(wěn)定的層流火焰，聚焦于碳黑的生成機理，相關(guān)采樣及測量技術(shù)主要服務(wù)于小尺度層流火焰，且大多數(shù)為單點測量。

2、但是，現(xiàn)實尺度的池火通常為湍流火焰，存在較為顯著的火焰脈動現(xiàn)象，湍流池火的碳黑體積分?jǐn)?shù)、粒徑分布等參數(shù)在空間上存在較大差異，特別是池火較低區(qū)域和上部區(qū)域碳黑特性差異顯著，而池火不同位置處的火焰碳黑特性對于火焰對外輻射研究及其計算模型的構(gòu)建具有重要意義?，F(xiàn)有的火焰碳黑采樣及測量技術(shù)直接用于湍流池火，難以獲取火焰在不同空間位置的碳黑全局特性，且可重復(fù)性仍不理想。同時，已有的相關(guān)采樣及測量技術(shù)主要是用鑷子夾取輕薄的采樣基底邊緣送入火焰中進行采集，高速運動過程中采樣基底會產(chǎn)生震動和彎曲變形，不但會對火焰會產(chǎn)生較大干擾，而且對采集到的碳黑樣品有較大影響。

3、因此本專利設(shè)計了一套基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置及其方法，能夠針對不同規(guī)模的油池火，設(shè)定相應(yīng)數(shù)量的采樣點，調(diào)整各采樣點間的距離，實現(xiàn)對湍流油池火的火焰不同位置處的碳黑同步采樣。同時設(shè)計了一個前端有圓弧狀的鉆孔和開槽的自鎖鑷子，鉆孔大小略小于采樣基底，可以讓采樣基底中心區(qū)域暴露于采樣環(huán)境中，其余部分被鑷子穩(wěn)定地固定，進而能夠準(zhǔn)確地獲取湍流火焰中碳黑粒徑分布、體積分?jǐn)?shù)及空間分布演變特性等參數(shù)，有助于揭示碳黑特性對火焰輻射的影響機制，對建立基于碳黑特性的油池火對外輻射預(yù)測模型具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置及方法，該裝置及方法可以對不同規(guī)模的湍流油池火進行火焰碳黑多點同步采樣。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，包括：

3、電動升降系統(tǒng)，用于帶動電控采樣系統(tǒng)升降，從而調(diào)節(jié)取樣高度；

4、電控采樣系統(tǒng)，用于設(shè)置并調(diào)整采樣探針的位置，以及帶動采樣探針完成采樣動作；

5、采樣探針，用于獲取碳黑樣品；

6、燃燒單元，用于放置可燃物，以獲取不同規(guī)模的油池火；

7、高速攝像儀，用于拍攝探針運動過程，以獲取采樣位置、采樣時間及記錄探針運動對火焰的擾動情況；

8、數(shù)據(jù)處理模塊，用于處理、分析和顯示實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果。

9、進一步地，所述電動升降系統(tǒng)包括電動升降臺和步進電機控制器；所述電控采樣系統(tǒng)安裝于電動升降臺上，以通過電動升降臺調(diào)節(jié)電控采樣系統(tǒng)的高度；所述步進電機控制器與電動升降臺連接，用于控制電動升降臺工作。

10、進一步地，所述電控采樣系統(tǒng)包括直線電缸、伺服電機、電機控制器、連接板、豎直支撐架和滑塊；所述直線電缸安裝于電動升降系統(tǒng)的電動升降臺上，用于帶動采樣探針完成采樣動作；所述伺服電機安裝于直線電缸后部，用于驅(qū)動直線電缸工作；所述電機控制器與伺服電機連接，用于控制直線電缸工作；所述連接板水平設(shè)置，其后端與直線電缸固定連接，前端與豎直支撐架固定連接；所述豎直支撐架豎向設(shè)置，其下端固定安裝于連接板上，所述豎直支撐架上沿豎向設(shè)置有多個可上下滑動的滑塊；所述滑塊上根據(jù)不同規(guī)模的油池火設(shè)置不同數(shù)量的采樣探針，并通過滑塊的滑動來調(diào)節(jié)采樣探針之間的間距。

11、進一步地，所述采樣探針包括自鎖鑷子，所述自鎖鑷子后端與滑塊連接，前端夾持采樣基底進行碳黑采樣。

12、進一步地，所述自鎖鑷子前端具有上下兩夾持部，所述夾持部為中部具有通孔且前端開槽的圓弧狀結(jié)構(gòu)，所述通孔大小小于采樣基底，以在采樣基底被夾持部夾持后，使采樣基底的中心區(qū)域能暴露于采樣環(huán)境中，而其外周部被穩(wěn)定地夾持在兩夾持部之間。

13、進一步地，所述采樣基底由裸網(wǎng)和碳膜組成，所述碳膜搭載在裸網(wǎng)上。

14、進一步地，所述燃燒單元包括油池和支撐架，所述油池位于支撐架上，用于放置液體燃料，所述支撐架用于支撐油池。

15、進一步地，所述高速攝像儀連續(xù)拍攝整個實驗過程的圖像，并通過后續(xù)的圖像分析，獲取并校核采樣探針的采樣位置及采樣時間，記錄采樣探針的運動對火焰的擾動情況。

16、本發(fā)明還提供了采用上述裝置的火焰碳黑多點同步采樣方法，包括：

17、s1、根據(jù)油池火的規(guī)模設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的采樣探針，并調(diào)節(jié)各采樣探針之間的間距；

18、s2、通過電動升降系統(tǒng)驅(qū)動電控采樣系統(tǒng)升降，從而使采樣探針達到取樣高度；

19、s3、通過電控采樣系統(tǒng)帶動采樣探針進行試動作；

20、s4、通過高速攝像儀對試打過程進行拍攝，通過處理分析獲得采樣位置及采樣時間，確保采樣位置及采樣時間達到要求；

21、s5、通過電控采樣系統(tǒng)帶動采樣探針進行正式取樣，然后將采集到的樣品送入專用盒。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置及方法，該裝置及方法可以針對不同規(guī)模的湍流油池火，設(shè)定相應(yīng)數(shù)量的采樣點，并調(diào)整各采樣點間的距離，實現(xiàn)對湍流油池火的火焰不同位置處的碳黑多點同步采樣，從而對油池火碳黑特性研究提供技術(shù)支撐。因此，本發(fā)明具有很強的實用性和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述電動升降系統(tǒng)（10）包括電動升降臺（101）和步進電機控制器（102）；所述電控采樣系統(tǒng)（20）安裝于電動升降臺（101）上，以通過電動升降臺（101）調(diào)節(jié)電控采樣系統(tǒng)（20）的高度；所述步進電機控制器（102）與電動升降臺（101）連接，用于控制電動升降臺（101）工作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述電控采樣系統(tǒng)（20）包括直線電缸（201）、伺服電機（202）、電機控制器（203）、連接板（204）、豎直支撐架（205）和滑塊（206）；所述直線電缸（201）安裝于電動升降系統(tǒng)（10）的電動升降臺（101）上，用于帶動采樣探針（30）完成采樣動作；所述伺服電機（202）安裝于直線電缸（201）后部，用于驅(qū)動直線電缸（201）工作；所述電機控制器（203）與伺服電機（202）連接，用于控制直線電缸（201）工作；所述連接板（204）水平設(shè)置，其后端與直線電缸（201）固定連接，前端與豎直支撐架（205）固定連接；所述豎直支撐架（205）豎向設(shè)置，其下端固定安裝于連接板（204）上，所述豎直支撐架（205）上沿豎向設(shè)置有多個可上下滑動的滑塊（206）；所述滑塊（206）上根據(jù)不同規(guī)模的油池火設(shè)置不同數(shù)量的采樣探針（30），并通過滑塊（206）的滑動來調(diào)節(jié)采樣探針（30）之間的間距。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述采樣探針（30）包括自鎖鑷子（301），所述自鎖鑷子（301）后端與滑塊（206）連接，前端夾持采樣基底（302）進行碳黑采樣。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述自鎖鑷子（301）前端具有上下兩夾持部，所述夾持部為中部具有通孔且前端開槽的圓弧狀結(jié)構(gòu)，所述通孔大小小于采樣基底（302），以在采樣基底（302）被夾持部夾持后，使采樣基底（302）的中心區(qū)域能暴露于采樣環(huán)境中，而其外周部被穩(wěn)定地夾持在兩夾持部之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述采樣基底（302）由裸網(wǎng)和碳膜組成，所述碳膜搭載在裸網(wǎng)上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述燃燒單元（40）包括油池（401）和支撐架（402），所述油池（401）位于支撐架（402）上，用于放置液體燃料，所述支撐架（402）用于支撐油池（401）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，其特征在于，所述高速攝像儀（50）連續(xù)拍攝整個實驗過程的圖像，并通過后續(xù)的圖像分析，獲取并校核采樣探針（30）的采樣位置及采樣時間，記錄采樣探針（30）的運動對火焰的擾動情況。

9.一種采用如權(quán)利要求1-8任一項所述裝置的火焰碳黑多點同步采樣方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于湍流油池火的火焰碳黑多點同步采樣裝置，包括：電動升降系統(tǒng)，用于帶動電控采樣系統(tǒng)升降，從而調(diào)節(jié)取樣高度；電控采樣系統(tǒng)，用于設(shè)置并調(diào)整采樣探針的位置，以及帶動采樣探針完成采樣動作；采樣探針，用于獲取碳黑樣品；燃燒單元，用于放置可燃物，以獲取不同規(guī)模的油池火；高速攝像儀，用于拍攝探針運動過程，以獲取采樣位置、采樣時間及記錄探針運動對火焰的擾動情況；數(shù)據(jù)處理模塊，用于處理、分析和顯示實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果。該裝置及方法可以對不同規(guī)模的湍流油池火進行火焰碳黑多點同步采樣。

技術(shù)研發(fā)人員：葛樊亮,周艷輝,董心語,趙乘墨,葉捷
受保護的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15