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摘要在热安全研究中通常使用水平引燃方法，而针对墙体等特殊结构的火灾安全性研究中则需要进行材料垂直燃烧的实验研究，因而需要设计专门的装置来获取该方面的实验功能。该装置拟采用锥形加热器提供可控的热辐射通量作用于垂直放置的被测试样本，通过电火花来引燃样品表面热解产物，为研究垂直火燃烧特性提供必要的装置。给该装置添加辅助装置应能够完成各断面的热辐射通量的标定。 30261
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毕业论文关键词 热安全 垂直燃烧 锥形加热器 电火花引燃
Title The design of material vertical ignition device based on cone-shaped heater
Abstract It commonly used horizontal ignition method in the study of the thermal safety,but it need a experimental research of material vertical ignition in the fire safety study of the wall and the other special structure.Therefore it is necessary to design a special device to obtain its experimental data.The device proposed adopts a cone-shaped heater with controllable heat flux act on the tested sample be placed in a vertical direction,and ignite the themolysis products of sample surface by means of the electric spark.It require to provide a Complete device for the experimental research of vertical ignition characteristics.In addition,some auxiliary equipment also need to be added so that can complete the calibration of the heat flux on the each section.
Keywords thermal safety vertical ignition cone-shaped heater electric spark
目 次
1 绪论 . 3
1.1 研究背景及意义 . 3
1.2 锥形量热仪的介绍 . 3
1.2.1 锥形量热仪的研发历史和原理 3
1.2.2 锥形量热仪的的主要结构 . 4
1.2.3 锥形量热仪的测量参数和应用 . 4
1.3 本课题主要研究内容和要求 . 4
2 设计方案 . 6
2.1 试样的材料选择 . 6
2.2 辐射源的设计 . 6
2.3 引燃方式的选择 . 7
2.4 排烟气系统的设计 . 8
2.5 辅助装置 . 8
2.6 本章小结 . 8
3 燃烧实验平台的结构设计 . 9
3.1 锥形加热器 . 9
3.2 隔热装置 10
3.3 高度调节装置 11
3.4 点火装置 12
3.5 样品台 13
3.6 本章小结 14
4 测量仪器的选择 15
4.1 热电偶 15
4.2 热流计 15
4.3 电子秤 16
4.4 本章小结 16
5 排烟气系统的结构设计 17
5.1 集气罩 17
5.2 连接管道 17
5.3 节流孔板 18
5.4 进气管道 19
5.5 气体取样探针 20
5.6 风机及其外壳 21
5.7 排气管道 22
5.8孔板流量计23
5.9本章小结24
6辅助装置的功能设计25
6.1取样系统25
6.2氧分析仪的选择25
6.3测烟系统26
6.4本章小结.26
7装置使用说明27
7.2实验条件29
7.3试验步骤30
7.4注意事项30
7.5本章小结.30
8电点火能量计算方法31
8.1点火能量31
8.2理论研究31
8.3数学计算模型31
8.4本章小结32
结论.33
致谢.34
参考文献35
1 绪论 1.1 研究背景及意义 在热安全的研究领域中，阻燃科学与技术的发展，对阻燃材料燃烧行为的评估和测试手段提出了越来越高的要求。常用的测试方法包括水平燃烧法和垂直燃烧法。在建筑工程中，对于墙体等结构大多处于垂直放置的状况，在垂直状态下，热塑性材料的燃烧可能会发生熔化滴落和颗粒分离现象，放生熔融时会导致火焰加速传播，形成固液两相并存的火灾蔓延现象，这在水平燃烧法中无法得到相应的体现，故需做垂直燃烧实验。垂直燃烧法作为一种传统的测试法，因具有操作简单、快速、重复性好等特点被使用在许多燃烧测试实验中，然而也存在无法提供比较全面的测试数据和用于工程预测的可靠参数等缺点，难以与材料在真实火情中的燃烧行为相关联。因而为了客观准确地评价真实火灾中材料的燃烧性能，许多新的测试手段被研发出来以完善对燃烧特性的研究，其中锥形量热仪（CONE）是其中最具有代表性的。锥形量热仪由于其中含有锥形加热器而得名，通过锥形加热器向测试样品表面提供可控的热辐射通量使试样热解，再由电火花进行引燃，然后以氧耗原理为基础对聚合物材料进行垂直或水平燃烧来获得其燃烧性能。锥形量热仪可以调节热辐射提供与真实火灾环境极其相似的燃烧环境。其中包括热释速率、点燃时间、烟及毒性参数和质量变化等参数均可获得。 1.2 锥形量热仪的介绍 1.2.1 锥形量热仪的研发历史和原理 随着聚合物材料在各领域的广泛使用，人们越来越关系其中所存在的火灾危险。无论在工业方面还是科学领域上，人们早就开始研究许多材料燃烧特性的测试方法，并制成标准和规范。而传统的测试方法虽然具有操作简单、测试结果直观等优点，但在与真实火灾环境的比拟上还是相去甚远，无法反映真实火情的燃烧行为。80 年代早期，美国NIST 研发出锥形量热仪通过测量热释放来评估材料的燃烧特性。结果证明试验数据与大比例火灾试验中的材料燃烧行为具有良好的相关性。锥形量热仪采用耗氧量原理测量材料的热释放速率，所谓耗氧原理就是：材料燃烧时消耗每一单位的氧气所释放的热量基本上是一样的。Huggett 曾发表文章，指出建筑业和商业中普遍使用的大多数塑料和其他固体材料都遵循这个规律，并测出其值为 13.1MJ/kg2 O±5%[1]。试验过程中将材料的燃烧的所有产物收集起来并经过一个排气管道。测出气体流速和氧气的浓度，就可根据耗氧原理算出材料燃烧过程中的热释放速率。在经过几十年的发展更新后，锥形量热仪现已成为研究火灾性能和材料燃烧性能的最科学测量仪器之一。许多国家甚至已经为锥形量热仪制订了相关标准。
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