阅读说明：本技术 一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台 (Experimental table for simulating ignition oil product on hot surface of vehicle ) 是由 邓军 杨雯 李阳 王伟峰 白磊 吕慧菲 宋佳佳 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台,用于模拟车辆在长时间行驶后因制动产生高温热表面引燃汽油的现象,主要解决现有汽车热表面火灾的引燃条件和燃烧过程难以判定的问题。该实验台包括可升降加热组件、水箱保温组件、风控组件和电气控制组件；可升降加热组件包括加热装置、支撑架、基础安装架和升降调节装置,加热装置设置在支撑架上,支撑架与升降调节装置连接,升降调节装置设置在基础安装架上；水箱保温组件包括加热水箱以及保温罩；保温罩设置在待测试装置的上方,加热水箱与保温罩连通；风控组件包括风机和风速调节器；风机设置在待测试装置的一侧；电气控制组件分别与可升降加热组件、水箱保温组件、风控组件连接。(The invention relates to a laboratory table for simulating ignition oil products on a hot surface of a vehicle, which is used for simulating the phenomenon that the vehicle generates high-temperature ignition gasoline on the hot surface due to braking after running for a long time and mainly solves the problem that the ignition condition and the combustion process of the existing automobile hot surface fire disaster are difficult to judge. The experiment table comprises a lifting heating assembly, a water tank heat-insulating assembly, a wind control assembly and an electric control assembly; the lifting heating assembly comprises a heating device, a support frame, a base mounting frame and a lifting adjusting device, wherein the heating device is arranged on the support frame, the support frame is connected with the lifting adjusting device, and the lifting adjusting device is arranged on the base mounting frame; the water tank heat preservation component comprises a heating water tank and a heat preservation cover; the heat preservation cover is arranged above the device to be tested, and the heating water tank is communicated with the heat preservation cover; the wind control assembly comprises a fan and a wind speed regulator; the fan is arranged on one side of the device to be tested; the electric control assembly is respectively connected with the lifting heating assembly, the water tank heat-insulating assembly and the wind control assembly.)

一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台

技术领域

本发明涉及加热实验台，具体涉及一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台，用于模拟车辆在长时间行驶后因制动产生高温热表面引燃汽油的现象。

背景技术

随着生活水平的不断提高，汽车的普及率也在逐年增长，汽车成为出行不可或缺的交通工具，汽车在行驶过程中的安全成为人们关注的重点，而汽车火灾是汽车安全方面的关键问题之一。汽车火灾会给人们的生命财产安全带来严重危害。据统计，汽车火灾80％以上都会造成车辆的报废，甚至车毁人亡，而66％的汽车火灾都发生在发动机机舱附近。

当车辆制动熄火后，排气歧管逐渐冷却，而在熄火后短短几分钟内，三元催化器因其散热条件骤然变差，其热表面温度上升，泄漏油品蒸汽聚集在热表面上形成预混可燃气体，从而具备引燃条件，进而引发火灾。热表面是最难认定的引火源，因为该过程中泄漏的油品在高温表面易蒸发，并且在达到自燃条件下发生燃烧后也不易留下显著的燃烧特征，再加之经过车辆后续的整体燃烧，很难找到支撑此引燃条件的判定证据。

目前，虽然有针对热表面引燃油品开展研究，但没有模拟车辆行驶再制动的真实工况，也没有结合三元催化器在车辆实际工况开展相关研究，更没有针对汽车三元催化器热表面引燃油品这一现象搭建实验台，进而无法模拟此类汽车火灾的发生。

发明内容

本发明的目的是解决现有汽车热表面火灾的引燃条件和燃烧过程难以判定的问题，提供一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台，用以模拟此类汽车火灾的发生。

本发明的技术方案如下：

一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台，包括可升降加热组件、水箱保温组件、风控组件和电气控制组件；所述可升降加热组件包括加热装置、支撑架、基础安装架和升降调节装置，所述加热装置设置在支撑架上，用于安装待测试装置，所述支撑架与升降调节装置连接，所述升降调节装置设置在基础安装架上，用于调节支撑架的高度；所述水箱保温组件包括加热水箱以及保温罩；所述保温罩设置在所述待测试装置的上方，其上设置有注射孔，所述加热水箱与保温罩连通，用于给保温罩提供热源；所述风控组件包括风机和风速调节器；所述风机设置在所述待测试装置的一侧，用于提供模拟车辆的行驶风速，所述风速调节器与风机连接，用于调节风机的风速；所述电气控制组件分别与可升降加热组件、水箱保温组件、风控组件连接，用于控制风机和风速调节器，以及用于调节加热水箱和加热装置的温度。

进一步地，所述风控组件还包括测风仪，所述测风仪设置在支撑架上，用于测量风流经过加热装置热表面的风速。

进一步地，所述升降调节装置包括齿轮、齿条和摇动手柄；所述摇动手柄与齿轮连接，用于驱动齿轮转动，所述齿条与支撑架固定连接，所述齿轮和齿条啮合，使得支撑架能够上下调节高度。

进一步地，所述基础安装架上设置有显示支撑架高度的刻度尺，所述齿条上设置有指向刻度尺的指针。

进一步地，所述加热装置为硅钼棒加热台。

进一步地，所述水箱保温组件还包括漏斗、阀门和液位指示计；所述漏斗与加热水箱连通，用于给加热水箱注水，所述阀门设置在漏斗与加热水箱连通的管路上，用于控制注水量，所述液位指示计与保温罩连通，用于显示保温罩的水位。

进一步地，所述水箱保温组件还包括溢水箱，所述溢水箱与加热水箱连通，所述溢水箱与加热水箱的底部设置有泄水孔。

进一步地，所述支撑架上设置有温度传感器，用于测量加热装置表面的温度。

进一步地，所述加热水箱上安装有温度传感器，用于测量加热水箱内液体的温度。

进一步地，所述加热装置后方设置一个与待测试装置水平面垂直的刻度板，刻度板上标有横向刻度和纵向刻度，用以测量汽油燃烧过程中冷焰、明火出现时的位置及火焰高度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明实验台通过加热装置来模拟车辆行驶中所产生的热量，风控组件模拟车辆行驶的速度，顶部保温罩模拟车辆停止后三元催化器顶部空气余温，通过本实验台可研究出车辆在多种行驶工况后，三元催化器表面不同油品、不同漏油量引燃的时间、现象，对车辆火灾调查有参考及指导意义。

2.本发明实验台的加热装置设置为可升降，使得加热装置与待测试装置之间的距离可调节，可用于模拟车辆不同行驶状态后三元催化器及周围装置的余热，该距离越远，则辐射热越小，三元催化器受热的温度也就越低，证明车辆之前行驶产热较少。

3.本发明利用实验台对不同油品进行测试，可以得到特定风速、特定漏油量下，不同油品的引燃温度、时间等特性，对日常车辆安全设计有指导意义。同时，也可对特定温度、特定风速下，同种油品不同漏油量的引燃时间、现象等特性进行分析。此外，也可对特定风速下，同种油品不同漏油量所能引燃的时间及过程进行分析。

4.本发明实验台顶部保温罩用于模拟车辆制动后三元催化器余温，实测车辆骤停后三元催化器周围空气温度在80至100摄氏度之间。此外，加热水箱连通有溢水箱，水沸腾后可通过管道流至溢水箱，保证了周围电路不受影响，安全性高。

附图说明

图1为本发明模拟车辆热表面引燃油品的实验台的结构示意图一；

图2为本发明模拟车辆热表面引燃油品的实验台的结构示意图二；

图3为本发明模拟车辆热表面引燃油品的实验台中升降调节装置结构示意图。

附图标记：1-可升降加热组件，2-水箱保温组件，3-风控组件，4-电气控制组件，5-待测试装置，6-注射器，11-加热装置，12-支撑架，13-基础安装架，14-升降调节装置，15-刻度尺，16-指针，17-刻度板，141-齿轮，142-齿条，143-摇动手柄，21-加热水箱，22-保温罩，23-注射孔，24-漏斗，25-阀门，26-液位指示计，27-溢水箱，28-泄水孔，31-风机，32-风速调节器，33-测风仪，41-设备总开关，42-风机开关，43-加热器开关，44-水箱加热开关。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

汽车行驶中，泄露的油品不会发生燃烧，但是在停车后几分钟内汽车会发生自燃火灾，这种火灾的调查难度非常大。调查难度主要集中在没有物证对引火源、最初可燃物进行支撑，只能通过分析停车前行驶状态、停车后运行情况、停车后的着火时间进行综合分析判断。本发明从理论研究的角度出发，提供一种模拟车辆热表面引燃油品的实验台，用以模拟汽车三元催化器因其散热条件骤然变差，热表面温度上升导致的火灾，从而对此类火灾产生的引燃条件和燃烧过程进行分析，为此类火灾提供一定的理论基础。本发明实验台通过加热装置来模拟车辆行驶中所产生的热量，风控组件模拟车辆行驶的速度，顶部保温罩模拟车辆停止后三元催化器顶部空气余温，通过本实验台可研究出车辆在多种行驶工况后，三元催化器表面不同油品、不同漏油量引燃的时间和现象，对车辆火灾调查有参考及指导意义。

如图1至图3所示，本发明提供的模拟车辆热表面引燃油品的实验台包括可升降加热组件1、水箱保温组件2、风控组件3和电气控制组件4。

可升降加热组件1包括加热装置11、支撑架12、基础安装架13和升降调节装置14，加热装置11设置在支撑架12上，用于安装待测试装置5(即三元催化器)，具体可采用硅钼棒加热台。支撑架12与升降调节装置14连接，升降调节装置14设置在基础安装架13上，用于调节支撑架12的高度；升降调节装置14包括齿轮141、齿条142和摇动手柄143；摇动手柄143与齿轮141连接，用于驱动齿轮141转动，齿条142与支撑架12固定连接，齿轮141和齿条142啮合，使得支撑架12能够上下调节高度。基础安装架13上设置有显示支撑架12高度的刻度尺15，齿条142上设置有指向刻度尺15的指针16。加热装置11通过有刻度的刻度尺15显示其移动距离，刻度为0到40cm，刻度尺15顶部为0刻度，加热装置11移动到0刻度时可以与三元催化器表面完全接触。

水箱保温组件2包括加热水箱21、保温罩22、漏斗24、溢水箱27、阀门25和液位指示计26；保温罩22设置在待测试装置5的上方，其上设置有注射孔23，加热水箱21与保温罩22连通，用于给保温罩22提供热源；漏斗24与加热水箱21连通，用于给加热水箱21注水，阀门25设置在漏斗24与加热水箱21连通的管路上，用于控制注水量，液位指示计26与保温罩22连通，用于显示保温罩22的水位。溢水箱27与加热水箱21连通，水沸腾后可通过管道流至溢水箱，保证了周围电路不受影响，安全性高。加热水箱21上安装有温度传感器，用于测量加热水箱21的温度，使得三元催化器表面的温度可调节。

风控组件3包括风机31、测风仪33和风速调节器32；风机31设置在待测试装置5的一侧，用于模拟车辆的行驶风速，使得风流均匀流过热表面，风速调节器32与风机31连接，通过控制风机31的功率来调节风速，以达到实验设计值，风速调节范围40-120km/h；测风仪33设置在支撑架12上，测风仪33用以测量风流流经热表面时风速是否达到了实验设计值。测风仪33具体安装在支撑架在距实验表面3cm处的位置，其需要耐高温，因为是在给三元转化器加热并吹风状态下，进行风速测量的，尺寸尽可能小。

电气控制组件4分别与可升降加热组件1、水箱保温组件2、风控组件3连接，用于控制风机31和风速调节器32，以及用于调节加热水箱21和加热装置11的温度。电气控制组件4为现有装置，其包括设备电气控制台、设备总开关41、风机开关42、加热器开关43、水箱加热开关44等。

支撑架12上设置有温度传感器。温度传感器具体采用4组k型热电偶(热电偶直径为0.01mm，响应时间为7ms)，热电偶接点两端的金属线置于中空的陶瓷管内，在保证汽油不会进入陶瓷管的同时，还避免了因更换三元催化器转化器，导致热电偶测温接点的位置发生变化所带来的系统误差。4组k型热电偶在两端留有0.5cm边距的条件下，保持1.75cm间距水平固定于支撑架12上。热电偶用来实时测量热表面的温度分布及其温度变化，并统一连接至数据采集器，获取测点位置温度，再求其均值得到热表面温度值。

在实验时，调节加热装置11的温度来模拟车辆行驶的不同工况，获取车辆制动后三元催化器热表面余温的具体变化过程，及汽油对应的点火温度、点火时间、汽油燃烧过程等数据。加热装置11可以通过两侧的标尺进行升降，最高可升至40cm，即与待测试装置5表面接触，最多可降至标尺“0”刻度处远离三元催化器。加热装置11与三元催化器间的距离会使得周围环境中气体温度产生变化，以模拟车辆制动后三元催化器及排气筒中残留气体的温度。此外，在加热装置11后方设置一个与待测试装置5水平面垂直的刻度板17，刻度板17上标有横向刻度和纵向刻度，横向刻度由左端“0”刻度开始至右端点“15cm”刻度值，纵向刻度值由下部“0”刻度开始至顶部“10cm”刻度值，用以测量汽油燃烧过程中冷焰、明火出现时的位置及火焰高度。

基于ASTME659-78热表面液体自燃测试标准试验方法，针对汽车三元催化器的结构及正常工作时的工况条件，本发明搭建等比例三元催化器热表面引燃泄露油品的实验台，以模拟车辆在长时间行驶后制动因其高温热表面引燃油品的现象。在实验过程中，通过改变风速，即改变车辆运行时的散热条件，研究车辆制动后不同油品在不同热表面余温下对应的点火时间、温度及过程。通过改变加热炉(加热水箱)的加热工况，以研究汽车三元催化器在不同工况下行驶后再制动时热表面的温度变化过程，以及相应的汽油引燃时间、点火温度和具体燃烧过程。在黑暗环境下进行高速摄像，以研究不同油品在热表面上完整的燃烧过程，验证冷焰存在的确定性，并且获得不同条件下冷焰发生和明火发生的相应时间及图像。

基于以上实验原理，采用本发明实验台进行具体的模拟试验。经实际测得车辆制动后，三元催化器周围空气余温为100℃，因此利用加热小锅炉使保温罩22中的水加热至100℃，以模拟车辆制动后发动机及三元催化器周围空气的剩余热量。实验台加热水箱21底部距待测试装置5表面的垂直距离由实测三元催化器距发动机舱的垂直距离确定。

油量控制：本发明研究的是三元催化器这一热表面引燃油品的特性，所以需要受热材料在达到一定温度时，在其表面滴落油品，才能看到引燃现象。注射器6采用与ASTME659-78标准实验一致的1000μl注射器(可精确至10μl)。实验油量分别为0.1ml、0.2ml及0.3ml，分别记录不同油量下，汽油在热表面出现冷焰、明火的具体温度、时间及现象。其中温度和时间的具体数值由热电偶和计时器获取，冷焰和明火火焰的拍摄由高速摄像机获取，捕捉冷焰发生及明火燃烧直至熄灭这一完整过程的温度及其图片。注射孔23的直径为2cm，注射器可以穿过保温罩22，给待测试装置5表面滴加液体。在实验过程中，油品通过注射孔23滴至待测试装置5表面即可。

风速控制:通过控制风机31和风速调节器32来模拟车辆制动前的行驶风速，实验采用的风速为40km/h，60km/h，80km/h和100km/h。初始风速的不同会影响车辆制动后三元催化器热表面及其周围装置的散热速率，从而改变汽油在热表面发生燃烧的对应温度、时间及其过程。其他实验数据记录与操作同上。

加热温度:改变初始实验台的加热温度，模拟车辆不同行驶工况下三元催化器及其周围装置的受热情况。进一步研究在不同初始温度下，撤去加热装置11、风控组件3、加热水箱21后三元催化器热表面的温升过程、汽油受热表面温度改变而导致的引燃时间、温度及过程的变化，其他实验数据记录和操作均与油量控制中类似。

通过实验，可以明确得出：1)车辆行驶速度对制动后三元催化器热表面引燃油品所需的时间、温度及燃烧过程所产生的影响。2)热表面温度对车辆制动后引燃油品的时间、温度及燃烧过程所产生的影响。3)初始风速和装置产热对三元催化器热表面温度变化过程的影响。4)不同油品在不同工况热表面上产生冷焰和明火的时间及火焰图像。通过上述研究为调查认定此类汽车火灾事故提供技术支持和理论帮助。