具体实施方式

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种材料点燃模拟实验装置，以深入揭示火蔓延燃料的点燃机制。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明实施例公开了一种材料点燃模拟实验装置，包括样品盒203、对流冷却系统100和辐射加热系统200。

其中，样品盒203用于放置样品，对流冷却系统100用于对样品盒203中的样品施加对流冷却环境，辐射加热系统200用于对样品盒203中的样品辐射加热，并且对流冷却系统100和辐射加热系统200相互独立。

使用本发明所提供的材料点燃模拟实验装置时，通过辐射加热系统200对样本盒203中的样品辐射加热，即对样本提供一个能够模拟辐射加热的环境，通过对流冷却系统100对样本盒203中的样品施加一个对流冷却环境，由于上述对流冷却系统100和辐射加热系统200相互独立，因此，既可以单独开启辐射加热系统200，即单独模拟辐射加热环境，还可以同时开启对流冷却系统100和辐射加热系统200，使样本的点燃模拟实验工况不拘于仅模拟辐射加热，即将对流冷却环境的模拟和辐射加热环境的模拟结合起来，从而模拟较为复杂的样本点燃环境，有利于样本点燃模拟实验的工况选择，便于对火蔓延材料的燃烧特性进行深入研究。

需要说明的是，本发明对上述对流冷却系统100和辐射加热系统200的具体结构形式不作限定，只要是能够对样品盒203中的样品施加对流冷却环境的结构和能够对样品辐射加热的结构均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例提供了一种具体的对流冷却系统100和辐射加热系统200的结构。

如图1所示，对流冷却系统100包括风机101、与风机101电连接的变频器102、设置于风机101的出风口的整流结构103、与整流结构103连通的风道104和设置于风道104的侧壁的水冷层105。通过变频器102调节风机101的转速，使风机101出风口的风速能够调整，从而调节对流冷却系统100的风速。设置于风机101的出风口的整流结构103对风机101出风口的气流进行整流，经过整流的气流进入风道104内，在风道104内通过高风速的对流模拟对流冷却环境，同时，设置于风道104内壁的水冷层105降低了辐射加热系统200带来的高辐射热通量，减少了对风道104内壁的影响。样品盒203设置于风道104内部靠近所述水冷层105的一侧，以便于与下文所述的红外辐射加热器201相对设置，使下文所述的红外辐射加热器201的加热灯发热区正对着样品盒203，减少红外辐射加热器201的辐射热量损失。

需要说明的是，上述整流结构103可以是市面上能够直接买到的蜂窝型气体整流器、整流片型气体整流器或者其他特定结构的整流结构103等类型，只要是能够对风机101出风口的气流进行整流的类型均属于本发明保护范围内；优选地，如图1所示，本发明实施例提供了一种具体的整流结构103，整流结构103包括呈锥形的整流罩、设置于整流罩上的蜂窝芯和筛网，并且沿风机101向靠近风道104的方向，整流罩的直径逐渐变小，并且，整流结构103的中心轴线、风机101的中心轴线和风道104的中心轴线在同一直线上，以便于减少气流的流失。

通过上述变频器102能够调节风机的转速，从而调节对流冷却系统100的风速，通过变频器102和整流结构103的配合实现对风道104内的截面风速变化率的调节。

需要说明的是，本发明对上述对流冷却系统100的风速和截面风速变化率不作具体限定，实际应用中，可以根据燃烧实验工况需求对变频器102与风机101的选型作适应性调整，对整流结构103的具体尺寸作适应性调整，以满足不同的风速范围调节和不同的截面风速变化率调整；优选地，本发明实施例所提供的对流冷却系统100的风速能够在0～50m/s范围内任意设定，并且风道104的截面风速变化率小于5％，以便于使该材料点燃模拟实验装置能够达到较高的冷却风速，同时能够对风道104的气流进行较为准确的控制，实现对森林可燃物燃烧特性的精细测量。

并且，本发明对风机101和风道104的长度与内径等参数，以及整流结构103的内径、锥度和长度等参数不作具体限定，实际应用中，可以根据实际需求对风机101、风道104的参数和整流结构103的参数进行适应性调整，只要是能够满足使用要求的结构均属于本发明保护范围内；优选地，本发明所提供的风机101的外径为680mm，内直径为600mm，长度为570mm。

进一步地，对流冷却系统100还包括用于支撑风道104的风洞支架106和设置于风洞支架106的底部的第一减震垫107，以便于通过第一减震垫107对风洞支架106起到缓冲作用，减小震动对该材料点燃模拟实验装置的不利影响。

上述第一减震垫107可以是橡胶减震垫、泡棉或者减震毡等类型，只要是能够满足使用要求的类型均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的第一减震垫107是橡胶减震垫。

本发明所提供的辐射加热系统200包括设置于风道104远离水冷层105的一侧的红外辐射加热器201和能够调节红外辐射加热器201的加热强度的红外加热控制柜202，以便于通过红外加热控制柜202控制红外辐射加热器201的加热强度，满足燃烧模拟实验的不同工况需求。

需要说明的是，本发明对上述辐射加热系统200能够提供的辐射热通量不作具体限定，实际应用中，可以根据燃烧模拟实验对辐射热通量的需求，适应性地调节红外辐射加热器201的加热强度或者增加红外辐射加热器201数量，只要是能够满足辐射热通量需求的设置方式均属于本发明保护范围内；优选地，本发明所提供的辐射加热系统200的辐射热通量能够在0～110kW/m²范围内任意设定，以便于提供高辐射热通量的辐射加热环境，并结合高风速对流冷却环境，从而便于揭示火蔓延燃料在高风速对流冷却环境下和高辐射热通量环境结合下的燃烧特性。

进一步地，上述辐射加热系统200还包括设置于样品盒203和红外辐射加热器201之间的水冷辐射屏蔽板206，以便于通过水冷辐射屏蔽板206屏蔽红外辐射加热器201与样品盒203中的样品，减少样品在红外辐射加热器201还未稳定运行时接收的额外辐射热通量。待红外辐射加热器201稳定运行后，取走水冷辐射屏蔽板206，使样本快速暴露至红外辐射加热器201的辐射加热灯下，提高材料点燃模拟实验现象和数据的准确性。

并且，上述水冷辐射屏蔽板206可以是抽拉式或直取式等类型，只要是能够满足屏蔽要求的类型均属于本发明保护范围内。

另外，上述辐射加热系统200还包括设置于风道104的两侧的观察窗204和用于固定红外辐射加热器201的加热固定带205，以便于通过观察窗204观察样品的燃烧情况，通过加热固定带205将红外辐射加热器201固定于风道上，使红外辐射加热器201的加热灯的发热区正对着位于风道104底部的样品盒203。具体地，如图1所示，风道104的正上方切割有16cm×13cm的安装孔，加热固定带205通过该安装孔将红外辐射加热器201安装于风道104的正上方，以便于使得红外辐射加热器201的加热灯的发热区正对着位于风道104底部的样品盒203，从而减少红外辐射加热器201的辐射热量损失。

需要说明的是，上述观察窗204的材质可以是石英玻璃、透明耐高温聚碳酸酯板或者帕姆板等类型，只要是能够通过观察窗204观察样品的燃烧情况的类型均属于本发发明保护范围内；优选地，本发明实施例采用石英玻璃窗。

并且，本发明所提供的样品盒203的内部形状和具体尺寸不作限定，只要是能够满足使用要求的内部形状和尺寸均属于本发明保护范围内；优选地，本发明所提供的样品盒203的内部形状为方体形，具体尺寸为10cm×10cm×3cm(深)，并且上述样品盒203的侧壁和底部设置有陶瓷板2031，以便于通过陶瓷板2031承受材料然后时的高温，铺设陶瓷板2031后的样品盒203的内部尺寸为80mm×80mm×20mm(深)。

本发明所提供的样品盒203的材质可以是铝、铜或者不锈钢等类型，只要是能够满足使用要求的结构均属于本发明保护范围内；优选地，本发明所提供的样品盒203为不锈钢壳体。

进一步地，本发明所提供的红外辐射加热器201包括两种辐射施加方式，分别为间歇型辐射施加方式和持续型辐射施加方式，以便于通过辐射施加方式的调整将红外辐射加热器201调整为加热热流值随着时间变化不断发生变化的辐射加热形式。

更进一步地，本发明所提供的材料点燃模拟实验装置还包括实验测量系统，以便于通过实验测量系统采集样品的燃烧特性参数，深入揭示样品的燃烧特性。

具体地，实验测量系统包括质量损失速率测量组件300、红外热成像组件400、DV摄像组件500、风速测量组件600、热电偶测温组件、热流测量组件和数据处理器。

其中，质量损失速率测量组件300包括电子天平301和设置于电子天平301上的支撑架302，以便于将样品盒203设置于支撑架302上，通过支撑架302支撑样品盒203，通过电子天平301测量样品在点燃模拟实验过程中的质量损失，计算出样品在点燃模拟实验过程中的质量损失速率，从而揭示火蔓延燃料的质量损失速率与其燃烧特性之间的关系；并且风道104上开设有能够使样品盒203通过的开口，样品盒203的顶部与风道104的内壁的底部平齐，以减少样品盒203对风道104内气流产生的阻力。

红外热成像组件400包括高度红外摄像仪401和红外摄像固定支架402，红外摄像仪401与数据处理器电连接，以便于通过红外摄像仪401采集样品燃烧时的红外辐射能量分布信号，并将该能量分布信号转化为电信号，传输至数据处理器，由数据处理器将该红外辐射能量分布信号转化为能够直观看到的红外热像图，从而研究红外热像图与样品的燃烧特性之间的关系；并且，红外摄像固定支架402能够支撑并调节高速红外摄像仪401的高度和摄像角度，以便于通过红外摄像固定支架402调节高速红外摄像仪401的高度和摄像角度，使高速红外摄像仪401能够获得更为准确的红外热像图。

DV摄像组件500包括摄像机501和DV固定支架502，摄像机501与数据处理器电连接，以便于通过摄像机501采集样品在点燃模拟实验过程中的燃烧视频信息，并将该燃烧视频信息传输给数据处理器，研究样品的燃烧状况与燃烧特性之间的关系；并且DV固定支架502能够支撑并调节摄像机501的高度和拍摄角度，以便于通过DV固定支架502将摄像机501的高度和摄像角度调整至适合拍摄位置，提高摄像机501的拍摄质量。

风速测量组件600包括热线风速仪601和水平位移支架，通过水平位移支架能够调整热线风速仪601在水平方向的位置，以便于通过热线风速仪601和水平位移支架测量风道104中的气流速度，并且通过水平位移支架调整热线风速仪601在水平方向的位置，满足测量实验所需工况下的速度分布；同时，热线风速仪601与数据处理器电连接，以便于将热线风速仪601所检测到的气流速度转化为电信号，发送至数据处理器，研究气流速度与样品燃烧特性之间的关系。

热电偶测温组件包括设置于样本的表面或者内部的热电偶，热电偶与数据处理器电连接，以便于通过热电偶采集样本燃烧时的温度信号，并将采集到的温度信号转换为电信号传输至数据处理器，以研究温度与样本燃烧特性之间的关系。

热流测量组件包括设置于样品盒203的位置处的辐射热流计，辐射热流计与数据处理器电连接，以便于在正式试验之前通过辐射热流计测量辐射热通量，校准红外辐射加热器。

如图1所示，质量损失速率测量组件300还包括设置于电子天平301与支撑架302之间的第二减震垫108，以便于通过第二减震垫108减少电子天平301与支撑架302之间的刚性冲击，起到缓冲作用，减小震动对该材料点燃模拟实验装置的不利影响。

同样地，上述第二减震垫108可以是橡胶减震垫、泡棉或者减震毡等类型，只要是能够满足使用要求的类型均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的第二减震垫108是橡胶减震垫。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。