1 范圍

      GB/T 5169的本部分提供了小尺寸試驗(yàn)火焰的一般特性及基于銅塊量熱的相關(guān)確認(rèn)試驗(yàn)，并且確定了相關(guān)動(dòng)力學(xué)的理論模型。本部分為確認(rèn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵參數(shù)的選擇提供了指導(dǎo)，并為確認(rèn)試驗(yàn)的其他性能參數(shù)的確定建立了理論依據(jù)，使確認(rèn)試驗(yàn)加熱曲線能進(jìn)行精確及絕對(duì)的數(shù)學(xué)描述。

2 規(guī)范性引用文件

      下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

      ISO/IEC 13943：2000 消防安全 詞匯（Firc safety Vocabulary）

3 術(shù)語和定義

      ISO/IEC 13943：2000界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

      銅塊熱含量 copper block heat content

      理論上的所有吸收或者釋放的熱能，僅與試驗(yàn)銅塊的溫度、質(zhì)量及銅的比熱容有關(guān)。

3.2

      確認(rèn)試驗(yàn) confirmatory test

      用來判斷試驗(yàn)火焰、燃燒器或相關(guān)硬件是否正常工作的熱量測(cè)量程序。

3.3

      火焰穩(wěn)定器 flame stabilizer

      組件通常安裝在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室本生燈或提利燈頂部，通過在流速較快的燃燒氣和周圍靜止空氣之間產(chǎn)生一層中間速度的氣體中間層，來緩解由于燃燒氣和周圍空氣產(chǎn)生紊流而導(dǎo)致的失穩(wěn)效應(yīng)。

4 試驗(yàn)火焰，燃燒器類型和動(dòng)力學(xué)

4.1 通用動(dòng)力學(xué)

      火焰由可進(jìn)行化學(xué)放熱反應(yīng)的氧化劑（以氧氣或空氣混合物為代表）和還原劑或燃料（以燃料氣體或蒸汽為代表）的氣態(tài)混合物產(chǎn)生。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)火焰，則由合適的裝置把可燃性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為所需的氣態(tài)反應(yīng)物并輸出為持續(xù)氣流，以獲得所需標(biāo)準(zhǔn)火焰。

4.2 擴(kuò)散火焰及燃燒器

      擴(kuò)散火焰是在裝置的逸出口處由一種單純的燃?xì)饬髋c空氣混合時(shí)燃燒而產(chǎn)生的。擴(kuò)散火焰的優(yōu)點(diǎn)是裝置簡(jiǎn)單（通常是簡(jiǎn)單的燃燒管），且能較好的模擬可能在設(shè)備中產(chǎn)生的真實(shí)火焰；缺點(diǎn)是幾何形狀不穩(wěn)定。

4.3 預(yù)混合火焰及燃燒器

      預(yù)混合火焰是將達(dá)到燃點(diǎn)前的燃料氣體與一部分助燃?xì)怏w在燃燒管端部混合產(chǎn)生的。其余助燃?xì)怏w則以類似的方式供給擴(kuò)散火焰。最終形成的火焰具有錐形內(nèi)焰，顏色常為淺藍(lán)色，由含有過量燃料氣體的預(yù)混合氣體與空氣混合物組成；錐形外焰，顏色常為稍深的藍(lán)色，需要額外的空氣擴(kuò)散進(jìn)入火焰上部維持。錐形內(nèi)焰溫度低得多且具有化學(xué)還原性，而錐形外焰則溫度高得多且更具氧化性。

      有時(shí)在逸出口處安裝了火焰穩(wěn)定裝置，通過在速度較快的中央主氣流和周圍靜止空氣之間的界面上提供一層速度較慢的預(yù)混合氣體，以減緩中央主氣流及周圍空氣之間的速率梯度，提高火焰穩(wěn)定性并防止火焰偏離燃燒器頂端。預(yù)混合氣體由燃燒管上端的限流孔進(jìn)入穩(wěn)定火焰。預(yù)混合火焰的優(yōu)點(diǎn)是效率更高，火焰溫度更高，并且可以調(diào)節(jié)助燃?xì)怏w和燃料氣體的比例，但所需裝置比擴(kuò)散火焰所使用的裝置更復(fù)雜。在預(yù)混合燃燒器中，助燃?xì)怏w既可以直接計(jì)量供給，也可以通過可具有文丘里效應(yīng)的開關(guān)閥調(diào)節(jié)供給。

4.3.1 可度量的空氣預(yù)混合燃燒器

      本設(shè)計(jì)用來控制空氣及燃?xì)獾牧慷?。其原理是讓氣體以特定流速和背壓通過特定裝置?？諝獾挠?jì)量一般都有額外管路來實(shí)現(xiàn)，但仍需限制性的燃料氣體孔穴以產(chǎn)生高速氣流，達(dá)到更好的混合效果。如果既有空氣計(jì)量管路也有燃?xì)庥?jì)量管路，則能夠更好的控制最終產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)火焰。

4.3.2 文丘里（Venturi）空氣預(yù)混合燃燒器

      在傳統(tǒng)裝置比如本生燈和提利燈中，空氣利用從限制性孔中出來的高速燃料氣體流沖擊可調(diào)節(jié)閥門產(chǎn)生的文丘里（Venturi）效應(yīng)而排出。燃?xì)獬隹诖笮】梢允枪潭ǖ囊部梢允峭ㄟ^錐形針調(diào)節(jié)的。因此，氣體流量、背壓以及空氣閥門的調(diào)節(jié)顯得特別重要。此種燃燒裝置由于缺少空氣管路，零部件較少，因此與計(jì)量空氣混合燃燒裝置相比一般比較簡(jiǎn)單，而且設(shè)計(jì)時(shí)體積也可以做的較小。

      此類裝置操作簡(jiǎn)單，在燃?xì)獬隹诳烧{(diào)節(jié)的情況下可以利用同一裝置產(chǎn)生一系列尺寸的火焰，不過這些火焰一致性較差，不適合用來進(jìn)行測(cè)試。

4.4 燃料氣體

      單一組分化合物如甲烷、丙烷或丁烷，一般規(guī)定甲烷和丙烷的純度不小于98％，或者丁烷的純度不小于95％，然而同等性能的混合物也可能合適。實(shí)驗(yàn)室等級(jí)的純度則越高越好。

5 確認(rèn)試驗(yàn)裝置

5.1 導(dǎo)則

      銅塊量熱試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)形狀的銅塊置于試驗(yàn)火焰中，記錄時(shí)間/熱特性曲線，以此表征試驗(yàn)銅塊吸收熱量的速率。測(cè)得的溫度隨時(shí)間的上升速率與銅塊凈熱焓的上升速率成正比，與銅塊熱容成反比。銅塊凈熱焓隨時(shí)間而變化是受對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射影響的結(jié)果。

5.2 程序和裝置布置

      火焰應(yīng)調(diào)節(jié)到最優(yōu)狀態(tài)，并在空氣無強(qiáng)制通風(fēng)的環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)。將銅塊置于火焰中，記錄下銅塊溫度上升并超過指定范圍所需的時(shí)間。

5.3 熱電偶

      熱電偶應(yīng)能工作于預(yù)計(jì)可能產(chǎn)生的最高溫度。它應(yīng)足夠小以免影響銅塊的熱容量，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度以便掛住銅塊。并且，熱電偶應(yīng)能經(jīng)受住試驗(yàn)過程中，銅塊正上方處火焰的極高溫度。熱電偶聯(lián)結(jié)點(diǎn)應(yīng)插入在銅塊中央特定位置鉆好的規(guī)定深度的孔中。鑒于在其他方法中曾出現(xiàn)過與熱電偶安裝相關(guān)的問題，建議通過用錘尖輕敲熱電偶周圍的銅塊以使二者緊密相連，安裝過程要小心以免損壞。

5.4 銅塊材料

      銅塊材料（電解銅）的識(shí)別號(hào)為Cu-ETP UNS C11000。這種電工級(jí)銅材料已被發(fā)現(xiàn)具有下述基本特征：

      a）熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于試驗(yàn)中可能產(chǎn)生的最高溫度；

      b）熱擴(kuò)散率高；

      c）有明確的化學(xué)物質(zhì)，易獲得品質(zhì)等級(jí)的金屬元素；

      d）易加工。

5.5 銅塊質(zhì)量

      銅塊質(zhì)量通過材料的熱容直接影響測(cè)試時(shí)間的范圍，因此在確定合適時(shí)間范圍時(shí)，應(yīng)把銅塊質(zhì)量的選擇作為主要考慮因素。

5.6 銅塊形狀

      銅塊形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，易于規(guī)定和適合實(shí)際制作。銅塊的尺寸和外形應(yīng)被設(shè)計(jì)成對(duì)火焰的影響最小，并能被特定的火焰區(qū)域完全包圍。

5.7 銅塊位置

      銅塊應(yīng)在試驗(yàn)開始前用熱電偶絲懸掛在燃燒裝置上方的規(guī)定位置，使其位于火焰中央并能被火焰的高溫部分完全包覆。對(duì)于噴嘴橫截面為圓形的預(yù)混合火焰，一般來說銅塊最好剛好放在內(nèi)焰上方并完全處于外焰內(nèi)部；對(duì)于線形火焰，銅塊則需要放在特定位置以確保和火焰的高溫部分完全接觸（如圖1所示）。

6 確認(rèn)試驗(yàn)程序

6.1 測(cè)試溫度范圍

      銅塊通過對(duì)流和傳導(dǎo)組合作用獲得熱量，又以熱輻射方式流失熱量（見第7章）。熱輻射效應(yīng)與銅塊絕對(duì)溫度的四次方成正比，且很大程度上取決于銅塊表面輻射系數(shù)。為消除因銅塊表面輻射系數(shù)變化導(dǎo)致的不確定性，建議將最高試驗(yàn)溫度限制在輻射為最小時(shí)的水平，但也要足夠高以得到合適的測(cè)試時(shí)間。目前得出合適的試驗(yàn)溫度范圍為100℃～700℃。

6.2 試驗(yàn)時(shí)間范圍

      試驗(yàn)時(shí)間的范圍應(yīng)適用于有意義的記錄。試驗(yàn)時(shí)間范圍可通過選擇銅塊質(zhì)量及最高試驗(yàn)溫度來確定。在可能的情況下，建議使試驗(yàn)時(shí)間范圍保持在30s～90s之內(nèi)。

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