技术领域
[0001] 本
发明涉及燃烧热释放速率测量方法，更具体地说，涉及一种全尺寸
通风受限空间燃烧热释放速率测量方法。
背景技术
[0002] 目前，火灾热释放速率的实验测定仍是火灾科学的关键问题之一，常见的测量方法和设备有失重法、燃烧烟气分析法和锥形量热仪。失重法是基于
燃料的
质量损
失速率确定的，计算时燃烧效率是一个估计值，但实际上燃烧效率是变化的，受环境因素影响较大；锥形量热仪是进行小尺度测量热释放速率的常用手段，但测量场景与真实火灾场景有一定的差异；燃烧烟气分析法是将实验中所有燃烧产生的烟气都收集起来，然后在排烟管道中经过充分混合后，在另外一个
位置测量其质量流量、组分、
氧浓度等，通过计算得到燃烧过程中消耗的氧气质量，从而得到材料燃烧过程中的热释放速率，但该过程复杂、耗材较大。
[0003] 在通风条件下，燃烧尾气的收集和测量无法进行，基于大多数燃料燃烧生成单位质量二氧化
碳所释放的热量为一常数，利用烟气分析仪测量燃烧时二氧化碳气体浓度，根据浓度变化确定二氧化碳的生成量，从而计算热释放速率。目前是通过单点测量二氧化碳气体浓度，但燃烧时由于热浮
力和通风的影响，烟气的分布并不均匀，因此单点测量并不可靠。
[0004] 针对以上问题，寻求一种简化测量过程、降低测量耗材和行之有效的热释放速率测量方法具有重要应用价值。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够直接在进行燃烧测试实验的同时，直接测量并计算燃烧过程的热释放速率，无需收集燃烧烟气后的复杂处理、测量和计算过程的全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法，包括以下步骤：
[0007] S1：选取室内烟气测点，基于三区烟气分层，在燃烧空间上中下三层区域各布置3个烟气分析仪
探头，所述烟气分析仪同时测量
一氧化碳和二氧化碳气体的浓度；
[0008] S2：在排烟口处布置一个烟气分析仪探头，所述烟气分析仪测量二氧化碳气体浓度；
[0009] S3：调试S1和S2中所述的烟气分析仪，确保所述4个烟气分析仪探头同时进行测量；
[0010] S4：
数据处理，将S1中烟气分析仪测得的一氧化碳和二氧化碳气体的浓度数据取平均值；
[0011] S5：基于二氧化碳生成原理计算燃烧过程的热释放速率。
[0012] 2、根据
权利要求1所述的全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法，其特征在于，所述热释放速率的计算基于如下公式进行：
[0013]
[0014] 其中，
[0015] ——燃烧热释放速率，kW；
[0016] ——燃烧时生成单位质量二氧化碳所释放的热量，为13.3MJ/kg；
[0017] ECO——燃烧时生成单位质量一氧化碳所释放的热量，为11.1MJ/kg；
[0018] ——排烟口的体积流率；m3/s；
[0019] V——燃烧空间的总体积，m3；
[0020] ρ1——二氧化碳气体
密度，kg/m3；
[0021] ρ2——一氧化碳气体密度，kg/m3；
[0022] ——排烟口处烟气二氧化碳气体体积浓度，％；
[0023] ——燃烧空间内烟气二氧化碳气体体积浓度，％；
[0024] CCO——燃烧空间内烟气一氧化碳气体体积浓度，％。
[0025] 按上述方案，所述热释放速率计算公式中进风口的体积流率等于机械通风速率。
[0026] 按上述方案，所述热释放速率计算公式中一氧化碳和二氧化碳气体密度为燃烧时的密度，不考虑压强变化，根据
理想气体定律计算得到。
[0027] 按上述方案，所述释放速率计算公式中的空间内烟气一氧化碳气体体积浓度CCO为空间内各烟气分析仪测得数据的平均值。
[0028] 按上述方案，所述热释放速率计算公式中的空间内烟气二氧化碳气体体积浓度为空间内各烟气分析仪测得数据的平均值。
[0029] 实施本发明的全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法，具有以下有益效果：
[0030] 1、本发明全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法是基于二氧化碳生成原理，利用烟气分析仪测得的二氧化碳气体浓度确定燃料燃烧过程的二氧化碳生成量，从而计算热释放速率；与
现有技术相比中的失重法和锥形量热仪，本发明提供的方法能够在真实火灾场景中直接测量热释放速率，也不用考虑燃料的性质；
[0031] 2、本发明全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法能够直接计算燃烧过程的热释放速率，无需气体抽出后的预处理过程，与现有技术中的燃烧烟气分析法，该方法的测量过程更简单，也降低了耗材；
[0032] 3、本发明所全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法，是基于三层烟气分区布置烟气测点，充分考虑了热
浮力和通风对烟气分布的影响，测量出的数据更能真实地反映烟气在空间内的分布情况。
附图说明
[0033] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0034] 图1是当燃烧测试的火源位于燃烧空间中央，燃料为丙烯气体时释放热量速率的计算值与实际燃烧的实验值对比图；
[0035] 图2是当燃烧测试的火源位于墙
角，燃料为庚烷油池时释放热量速率的计算值与实际燃烧的实验值对比图；
[0036] 图3是燃烧测试的火源位于墙边，燃料为PMMA固体时释放热量速率的计算值与实际燃烧的实验值对比图；
具体实施方式
[0037] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0038] 如图1-3所示，本发明的全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法，包括以下步骤：
[0039] S1：选取室内烟气测点，基于三层烟气分区，在燃烧空间上中下三层区域各布置三个烟气分析仪探头；
[0040] S2：在排烟口处布置一个烟气分析仪探头；
[0041] S3：调试步骤一和步骤二中所述的烟气分析仪，确保同时进行测量；
[0042] 34：数据处理，将步骤一中烟气分析仪测得的数据取平均值；
[0043] S5：基于二氧化碳生成原理计算燃烧过程的热释放速率。
[0044] 优选的，S1中使用的烟气分析仪需同时测量一氧化碳和二氧化碳气体浓度。
[0045] 优选的，S2中使用的烟气分析仪只需测量二氧化碳气体浓度。
[0046] 优选的，S5中，热释放速率的计算基于如下公式进行：
[0047]
[0048] 其中，
[0049] ——燃烧热释放速率，kW；
[0050] ——燃烧时生成单位质量二氧化碳所释放的热量，为13.3MJ/kg；
[0051] ECO——燃烧时生成单位质量一氧化碳所释放的热量，为11.1MJ/kg；
[0052] ——排烟口的体积流率；m3/s；
[0053] V——燃烧空间的总体积，m3；
[0054] ρ1——二氧化碳气体密度，kg/m3；
[0055] ρ2——一氧化碳气体密度，kg/m3；
[0056] ——排烟口处烟气二氧化碳气体体积浓度，％；
[0057] ——燃烧空间内烟气二氧化碳气体体积浓度，％；
[0058] CCO——燃烧空间内烟气一氧化碳气体体积浓度，％。
[0059] 更进一步的，S5中，热释放速率计算公式中的空间内烟气一氧化碳气体体积浓度CCO和二氧化碳气体体积浓度 为空间内各烟气分析仪测得数据的平均值。
[0060] 实施例1
[0061] 本实施例中一种基于三层烟气分区和二氧化碳生成原理的全尺寸通风受限空间燃烧热释放速率测量方法，步骤如下：
[0062] S1：选取室内烟气测点，布置烟气分析仪。基于三区烟气分层，在上中下层分别固定3个烟气分析仪探头，同层烟气分析仪探头有适当距离；
[0063] S2：将测量二氧化碳气体浓度的烟气分析仪探头固定在排烟口；
[0064] S3：调试所有烟气分析仪，使其测量时间同步，点燃火源；
[0065] S4：将室内烟气测点的气体浓度数据取平均值；
[0066] S5：基于二氧化碳生成原理计算燃烧热释放速率。
[0067] 本实施例中，燃烧测试的火源位于燃烧空间中央，燃料为丙烯气体。
[0068] 本实施例中，热释放速率的计算基于如下公式进行：
[0069]
[0070] 其中，
[0071]
[0072] 其中，
[0073] ——燃烧热释放速率，kW；
[0074] ——燃烧时生成单位质量二氧化碳所释放的热量，为13.3MJ/kg；
[0075] ECO——燃烧时生成单位质量一氧化碳所释放的热量，为11.1MJ/kg；
[0076] ——排烟口的体积流率；m3/s；
[0077] V——燃烧空间的总体积，m3；
[0078] ρ1——二氧化碳气体密度，kg/m3；
[0079] ρ2——一氧化碳气体密度，kg/m3；
[0080] ——排烟处烟气二氧化碳气体体积浓度，％；
[0081] ——
燃烧室内烟气二氧化碳气体体积浓度，％；
[0082] CCO——燃烧室内烟气一氧化碳气体体积浓度，％。
[0083] 根据上述公式，本实施例热释放速率的计算值与实际燃烧的实验值对比如图1所示。
[0084] 实施例2
[0085] 本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：
[0086] 本实施例中，燃烧测试的火源位于墙角，燃料为庚烷油池。
[0087] 本实施例热释放速率的计算值与实际燃烧的实验值对比如图2所示。
[0088] 实施例3
[0089] 本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：
[0090] 本实施例中，燃烧测试的火源位于墙边，燃料为PMMA固体。
[0091] 本实施例热释放速率的计算值与实际燃烧的实验值对比如图3所示。
[0092] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
[0093] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
