專利名稱：一種火旋風(fēng)實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及災(zāi)害燃燒的實驗?zāi)M裝置。
技術(shù)背景-在發(fā)生森林火災(zāi)和建筑群火災(zāi)時，燃燒造成髙低不等的氣壓，會出現(xiàn)一種旋轉(zhuǎn)火焰 的強對流火災(zāi)現(xiàn)象，當(dāng)旋轉(zhuǎn)火焰的強度足夠大時，就形成了火旋風(fēng)，這時火焰高度成數(shù) 量級增加?；鹦L(fēng)燃燒速度快，溫度高， 一旦發(fā)生將加大火災(zāi)的熱釋放速率，很難抑制 和撲滅，使火災(zāi)的危險系數(shù)與破壞力急劇上升，火災(zāi)中火旋風(fēng)一旦發(fā)生將會造成人員傷 亡和重大的財產(chǎn)損失。由于在火旋風(fēng)過程中火頭和熱流方向會發(fā)生突變，對撲火人員的 生命安全帶來嚴(yán)重影響。盡管自60 70年代起人們對火旋風(fēng)就有研究，近年更引起人們 的注意，在理論上和實驗上也取得了一定成果，但是迄今為止還未能充分掌握其規(guī)律， 例如對火旋風(fēng)的溫度場分布情況以及對其發(fā)生發(fā)展預(yù)測和如何采取有效的抑制措施等。 在現(xiàn)有的技術(shù)資料中未發(fā)現(xiàn)有關(guān)這方面專用實驗裝置的報道。 發(fā)明內(nèi)容-本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在實驗室模擬火旋風(fēng)、并能進(jìn)行有關(guān)實驗和研究的 實驗裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下所述火旋風(fēng)實驗裝置，其特征在于，它由排煙管道、燃燒池、燃料添加系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述排煙管道包括一個方柱形殼體，它與底座密合構(gòu)成方柱形內(nèi)空間，頂部 中間有與外間相通的孔，用作排煙管道以排出煙氣，其四側(cè)壁上設(shè)有可開啟或關(guān)閉的進(jìn)風(fēng)口；所述燃燒池是四個能盛放燃料的敞口方形盒，它們分別安裝在四個滑塊上；該滑塊上設(shè)有內(nèi)孔螺紋，它們分別與安裝在底座上的四根螺桿嚙合，該螺桿軸線與殼體中軸線垂直，其長度能保證滑塊向內(nèi)移動時四個燃燒池兩兩緊密接觸，每根螺桿上還設(shè)有驅(qū)動電機；每個燃燒池設(shè)有點火裝置；所述燃料添加系統(tǒng)由設(shè)置在殼體外的盛放燃料容器及與之相連的軟管組成，軟管的另一端頭分別與四個燃燒池內(nèi)腔連通，并有閥門控制開啟與關(guān)閉；所述控制系統(tǒng)是用以控制燃料添加、燃燒池移動、點火裝置開關(guān)的單片機及其操作系統(tǒng)，該單片機有PO、 Pl、 P2和P3四個輸入/輸出接口，每一個接口均是8位，Pl 口和P3 口分別與電源及鍵盤連接，PO口的P0.5和P0.6兩位分別與燃料添加閥門開關(guān)和
點火器點火開關(guān)連接，P0口的P0.0 P0.4位和P2口的P2.0 P2.5位分別通過外圍電路22與 螺桿控制器的電機啟動連接。所述四根螺桿的轉(zhuǎn)動能夠手動完成或由電機帶動完成，手 動完成裝置是在螺桿的伸出端安裝有轉(zhuǎn)動把手。本發(fā)明的實驗裝置通過四對螺桿蟝母機構(gòu)將四個相同尺寸的小燃與池布局在一個 平面上，并通過控制使其能靈活地移動合并形成一個大燃燒池。既可研究多個小燃燒池 燃燒形成火旋風(fēng)的條件及規(guī)律，又可方便地進(jìn)行單個大燃燒池的火旋風(fēng)實驗。這種方式 極大地提高了實驗裝置的操作靈活性，增加了實驗的多樣性。下面通過實施例和附圖作進(jìn)一步描述。


圖l是本發(fā)明所述火旋風(fēng)實驗裝置的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明所述四個小燃燒池為分開狀態(tài)時的示意圖。 圖3是本發(fā)明所述四個小燃燒池為合并狀態(tài)時的示意圖。 圖4是本發(fā)明所述點火裝置的一種實施例示意圖。 圖5是本發(fā)明所述滑塊的一種實施例示意圖。 圖6是本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的一種實施例電路圖。 圖7是本發(fā)明所述控制系統(tǒng)中點火器一種實施例電路圖。 圖8是本發(fā)明所述控制系統(tǒng)中加油器一種實施例電路圖。
具體實施方式
參見圖l，殼體1和底座2均為正方形，兩者密合構(gòu)成正方柱形內(nèi)空間。殼體l的四個 側(cè)面采用耐火玻璃，便于實驗時觀察。四角及四個頂邊采用不銹鋼或其它金屬制作以固 定側(cè)面的耐火玻璃，使其有足夠的強度。在每個側(cè)面的右邊靠近不銹鋼柱的地方分別開 有切向進(jìn)風(fēng)口12，進(jìn)風(fēng)口門13以不銹鋼柱為軸安裝，可以方便地調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口的開度。試 驗進(jìn)行時，在浮力影響下，空氣切向進(jìn)入，驅(qū)動流場旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生火旋風(fēng)。殼體頂部 安裝有集煙罩7和通到室外的排煙管道8，以排出煙氣。底座2以金屬材料制作，用來支 撐安裝在其上的殼體l等器件。參見圖2，在底座2上安裝有四根螺桿9和4根導(dǎo)軌10，它 們的軸線與殼體l截面的對角線重合。該螺桿與滑塊17 (參見圖5)內(nèi)孔螺紋嚙合，四個 燃燒池3分別固定在四個滑塊上。四根螺桿9分別由安裝在其下部的電機11驅(qū)動，并受控 制系統(tǒng)6的控制。如果是手動情況，則可將螺桿9的外段延伸到殼體外，并安裝上把手即 可。當(dāng)螺桿9轉(zhuǎn)動時，使安裝在其上的滑塊移動，進(jìn)而帶動固定在滑塊上的燃燒池3的移 動。點火裝置4置于燃燒池3側(cè)邊，需要點火時在控制系統(tǒng)6的控制下驅(qū)動點火器控制電 機16將點火器20移至小燃燒池3上方并點火，點燃后將點火器移開(參見圖4)。燃燒池 3通過軟管14與殼體1外的燃料添加容器5相連，在燃料添加容器5底部設(shè)有閥門15，閥門 的開啟與關(guān)閉可手動操作或由控制系統(tǒng)6控制自動進(jìn)行。本裝置將四個相同尺寸 (10cmxlOcm)的小燃燒池3正交地布局在一個平面上，參見圖2。可逋過控制螺桿轉(zhuǎn)動， 方便地使其沿正交方向靈活地向內(nèi)移動，合并形成一個大燃燒池(20cmx20cm)，參見 圖3。既可用作研究多個小燃燒池燃燒形成火旋風(fēng)的條件及規(guī)律，又可進(jìn)行單個大燃燒 池的火旋風(fēng)實驗。本實驗裝置以酒精等液體可燃物為燃料。參見圖4，支架18由螺釘固定安裝在小燃燒池3的側(cè)面，點火器控制電機16安裝在該 支架18上，電機主軸為垂直方向，該電機主軸端部與直角支撐臂19的垂直段固定連接， 點火器20固裝在直角支撐臂19的水平段的頭部。電機主軸轉(zhuǎn)動時，帶動該直角臂轉(zhuǎn)動， 從而使點火器20能位于小燃燒池3上方或遠(yuǎn)離小燃燒池3。所述點火器是常用的電弧發(fā)生 器，需要點火時在控制系統(tǒng)6的控制下接通電源即可點火，然后迅速關(guān)閉電源并將點火 器轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離小燃燒池的地方。參見圖5，滑塊17的底面上設(shè)兩個導(dǎo)軌槽，它和底座2上的導(dǎo)軌相配合。中孔為內(nèi)螺 紋孔，與螺桿9嚙合。螺桿9的轉(zhuǎn)動使滑塊17在導(dǎo)軌10上移動，從而帶動小燃燒池3移動。 滑塊17上表面的兩個螺紋孔用于與小燃燒池的連接。參見圖6、 7、 8，控制系統(tǒng)6由以單片機21為核心和外圍電路22、點火器電路23、加 油器電路24組成的控制電路構(gòu)成，該單片機P0口的P0.0 P0.4位和P2口的P2.0 P2.5位均 與外圍電路22接，外圍電路22除了有晶體管T1 T11, 11只電阻R1 R11外，還設(shè)有 CH1 CH5五個接插口。其中CH5連接點火控制器電機16，用于控制點火器的位置。 CH1 CH4分別與四只螺桿控制電機11連接，由單片機21發(fā)出指令控制電機11正反轉(zhuǎn)動 帶動螺桿9轉(zhuǎn)動，從而控制小燃燒池所在位置。在圖7中，點火器電路23由晶體管T13、電阻R23、電阻R24、電磁閥U5和4腳插座 CH8組成。其中，T13的基極與端口A6之間串接R23,發(fā)射極接VCC，集電極與U5的5 端之間串接R24， U5的4端與CH8的1端接地，U5的3、 2、 1端分別與CH8的4、 3、 2端相 接，CH8的1、 4腳接至點火器4，端口A6與圖6中單片機20的P2.7腳相接，由單片機通過 P2.7腳發(fā)出指令控制點火器4給小燃燒池3點火。參見圖8，加油器電路24，由晶體管T14、晶體管T15、電阻R25和電阻R26、 二極管 D4，電磁閥U6和端口A7、 A8、 A9組成。其中，T14的發(fā)射極接VCC，基極與端口A7之 間接R25，集電極通過R26接T15的基極，T15的發(fā)射極接地，U6和D4并接后D4的陽極接 T15的集電極、D4的陰極接VCC2;端口A8接至電源VCC2，端口A9接至電磁閥開關(guān)的 接地端，電磁閥開關(guān)的另一端接VCC2;端口A7接至單片機21的P0.7腳，由單片機程序 通過P0口的P0.7位發(fā)出通知指令給加油器控制閥門15向小燃燒池燃燒油盤3加油。上述實施例中，所用點火器20是高壓電火花點火器，采用市場購買的FBGD-6D防 爆型半導(dǎo)體電子點火器，點火控制器電機16是從市場購買的DC24V直流電機，螺桿驅(qū)動 電機11是DC12V直流電機，控制系統(tǒng)6中的單片機21是ATM公司的89C51單片機。
權(quán)利要求
1. 一種火旋風(fēng)實驗裝置，其特征在于，它由排煙管道、燃燒池、燃料添加系統(tǒng)和控制 系統(tǒng)構(gòu)成，所述排煙管道包括一個方柱形殼體，它與底座密合構(gòu)成方柱形內(nèi)空間， 頂部中間有與外間相通的孔，用作排煙管道以排出煙氣，其四側(cè)壁上設(shè)有可開啟或 關(guān)閉的進(jìn)風(fēng)口；所述燃燒池是四個能盛放燃料的敞口方形盒，它們分別安裝在四個 滑塊上；該滑塊上設(shè)有內(nèi)孔螺紋，它們分別與安裝在底座上的四根螺桿嚙合，該螺 桿軸線與殼體中軸線垂直，其長度能保證滑塊向內(nèi)移動時四個燃燒池兩兩緊密接觸， 每根螺桿上還設(shè)有驅(qū)動電機；每個燃燒池設(shè)有點火裝置；所述燃料添加系統(tǒng)由設(shè)置 在殼體外的盛放燃料容器及與之相連的軟管組成，軟管的另一端頭分別與四個燃燒 池內(nèi)腔連通，并有閥門控制開啟與關(guān)閉；所述控制系統(tǒng)是用以控制燃料添加、燃燒 池移動、點火裝置開關(guān)的單片機及其操作系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的火旋風(fēng)實驗裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)中的單片機有PO、 Pl、 P2和P3四個輸入/輸出接口，每一個接口均是8位，P1口和P3口分別與電源及鍵 盤連接，P0口的P0.5和P0.6兩位分別與燃料添加閥門開關(guān)和點火器點火開關(guān)連接，PO 口的P0.0 P0.4位和P2 口的P2.0 P2.5位分別通過外圍電路與螺桿控制器的電機啟動連 接。
3. 如權(quán)利要求l所述的火旋風(fēng)實驗裝置，其特征在于，所述四根螺桿的伸出端安裝有轉(zhuǎn) 動把手。
全文摘要
本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及災(zāi)害燃燒的實驗?zāi)M裝置。它由排煙管道、燃燒池、燃料添加系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。排煙管道包括一個方柱形殼體，它與底座密合構(gòu)成方柱形內(nèi)空間，頂部中間有排煙管道，其側(cè)壁上設(shè)有可開、關(guān)的進(jìn)風(fēng)口；所述燃燒池分別安裝在四個滑塊上，滑塊向內(nèi)移動時四個燃燒池兩兩緊密接觸。燃料添加系統(tǒng)由在殼體外的盛放燃料容器及與之相連的軟管組成?？刂葡到y(tǒng)是控制燃料添加、燃燒池移動、點火裝置開關(guān)的單片機及其操作系統(tǒng)。本實驗裝置將四個相同尺寸的小燃燒池布局在一個平面上，并通過控制使其能靈活地移動合并形成一個大燃燒池?？裳芯慷鄠€小燃燒池燃燒形成火旋風(fēng)的條件及規(guī)律，也可進(jìn)行單個大燃燒池的火旋風(fēng)實驗。
文檔編號G09B25/00GK101145296SQ20061014907
公開日2008年3月19日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者劉乃安, 斌 姚, 安江濤, 李權(quán)威, 俊 秦 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)