專利名稱：一種火旋風實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于火災安全技術領域，具體涉及災害燃燒的實驗模擬裝置。
技術背景-在發生森林火災和建筑群火災時，燃燒造成髙低不等的氣壓，會出現一種旋轉火焰 的強對流火災現象，當旋轉火焰的強度足夠大時，就形成了火旋風，這時火焰高度成數 量級增加。火旋風燃燒速度快，溫度高， 一旦發生將加大火災的熱釋放速率，很難抑制 和撲滅，使火災的危險系數與破壞力急劇上升，火災中火旋風一旦發生將會造成人員傷 亡和重大的財產損失。由于在火旋風過程中火頭和熱流方向會發生突變，對撲火人員的 生命安全帶來嚴重影響。盡管自60 70年代起人們對火旋風就有研究，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律， 例如對火旋風的溫度場分布情況以及對其發生發展預測和如何采取有效的抑制措施等。 在現有的技術資料中未發現有關這方面專用實驗裝置的報道。 發明內容-本發明的目的在于提供一種能夠在實驗室模擬火旋風、并能進行有關實驗和研究的 實驗裝置。本發明的技術解決方案如下所述火旋風實驗裝置，其特征在于，它由排煙管道、燃燒池、燃料添加系統和控制系統構成，所述排煙管道包括一個方柱形殼體，它與底座密合構成方柱形內空間，頂部 中間有與外間相通的孔，用作排煙管道以排出煙氣，其四側壁上設有可開啟或關閉的進風口；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；該滑塊上設有內孔螺紋，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移動時四個燃燒池兩兩緊密接觸，每根螺桿上還設有驅動電機；每個燃燒池設有點火裝置；所述燃料添加系統由設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腔連通，并有閥門控制開啟與關閉；所述控制系統是用以控制燃料添加、燃燒池移動、點火裝置開關的單片機及其操作系統，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和
點火器點火開關連接，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動把手。本發明的實驗裝置通過四對螺桿蟝母機構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 燃燒形成火旋風的條件及規律，又可方便地進行單個大燃燒池的火旋風實驗。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一步描述。
圖l是本發明所述火旋風實驗裝置的一種實施例的結構示意圖。 圖2是本發明所述四個小燃燒池為分開狀態時的示意圖。 圖3是本發明所述四個小燃燒池為合并狀態時的示意圖。 圖4是本發明所述點火裝置的一種實施例示意圖。 圖5是本發明所述滑塊的一種實施例示意圖。 圖6是本發明所述控制系統的一種實施例電路圖。 圖7是本發明所述控制系統中點火器一種實施例電路圖。 圖8是本發明所述控制系統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，兩者密合構成正方柱形內空間。殼體l的四個 側面采用耐火玻璃，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 定側面的耐火玻璃，使其有足夠的強度。在每個側面的右邊靠近不銹鋼柱的地方分別開 有切向進風口12，進風口門13以不銹鋼柱為軸安裝，可以方便地調節進風口的開度。試 驗進行時，在浮力影響下，空氣切向進入，驅動流場旋轉，從而產生火旋風。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驅動，并受控 制系統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。當螺桿9轉動時，使安裝在其上的滑塊移動，進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側邊，需要點火時在控制系統6的控制下驅動點火器控制電 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底部設有閥門15，閥門 的開啟與關閉可手動操作或由控制系統6控制自動進行。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。可逋過控制螺桿轉動， 方便地使其沿正交方向靈活地向內移動，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的條件及規律，又可進行單個大燃燒 池的火旋風實驗。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。電機主軸轉動時，帶動該直角臂轉動， 從而使點火器20能位于小燃燒池3上方或遠離小燃燒池3。所述點火器是常用的電弧發生 器，需要點火時在控制系統6的控制下接通電源即可點火，然后迅速關閉電源并將點火 器轉到遠離小燃燒池的地方。參見圖5，滑塊17的底面上設兩個導軌槽，它和底座2上的導軌相配合。中孔為內螺 紋孔，與螺桿9嚙合。螺桿9的轉動使滑塊17在導軌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發出指令控制電機11正反轉動 帶動螺桿9轉動，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接至電磁閥開關的 接地端，電磁閥開關的另一端接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，螺桿驅動 電機11是DC12V直流電機，控制系統6中的單片機21是ATM公司的89C51單片機。
權利要求
1. 一種火旋風實驗裝置，其特征在于，它由排煙管道、燃燒池、燃料添加系統和控制 系統構成，所述排煙管道包括一個方柱形殼體，它與底座密合構成方柱形內空間， 頂部中間有與外間相通的孔，用作排煙管道以排出煙氣，其四側壁上設有可開啟或 關閉的進風口；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；該滑塊上設有內孔螺紋，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移動時四個燃燒池兩兩緊密接觸， 每根螺桿上還設有驅動電機；每個燃燒池設有點火裝置；所述燃料添加系統由設置 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 池內腔連通，并有閥門控制開啟與關閉；所述控制系統是用以控制燃料添加、燃燒 池移動、點火裝置開關的單片機及其操作系統。
2. 如權利要求l所述的火旋風實驗裝置，其特征在于，所述控制系統中的單片機有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和點火器點火開關連接，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. 如權利要求l所述的火旋風實驗裝置，其特征在于，所述四根螺桿的伸出端安裝有轉 動把手。
全文摘要
本發明屬于火災安全技術領域，具體涉及災害燃燒的實驗模擬裝置。它由排煙管道、燃燒池、燃料添加系統和控制系統構成。排煙管道包括一個方柱形殼體，它與底座密合構成方柱形內空間，頂部中間有排煙管道，其側壁上設有可開、關的進風口；所述燃燒池分別安裝在四個滑塊上，滑塊向內移動時四個燃燒池兩兩緊密接觸。燃料添加系統由在殼體外的盛放燃料容器及與之相連的軟管組成。控制系統是控制燃料添加、燃燒池移動、點火裝置開關的單片機及其操作系統。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。可研究多個小燃燒池燃燒形成火旋風的條件及規律，也可進行單個大燃燒池的火旋風實驗。
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 優先權日2006年11月24日
發明者劉乃安, 斌 姚, 安江濤, 李權威, 俊 秦 申請人:中國科學技術大學