1 范圍

      GB/T 5169的本部分提供了小尺寸試驗火焰的一般特性及基于銅塊量熱的相關(guān)確認試驗，并且確定了相關(guān)動力學的理論模型。本部分為確認試驗設(shè)計中關(guān)鍵參數(shù)的選擇提供了指導，并為確認試驗的其他性能參數(shù)的確定建立了理論依據(jù)，使確認試驗加熱曲線能進行精確及絕對的數(shù)學描述。

2 規(guī)范性引用文件

      下列文件對于本文件的應(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，僅與試驗銅塊的溫度、質(zhì)量及銅的比熱容有關(guān)。

3.2

      確認試驗 confirmatory test

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

3.3

      火焰穩(wěn)定器 flame stabilizer

      組件通常安裝在標準實驗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)生紊流而導致的失穩(wěn)效應(yīng)。

4 試驗火焰，燃燒器類型和動力學

4.1 通用動力學

      火焰由可進行化學放熱反應(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。對于標準試驗火焰，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，以獲得所需標準火焰。

4.2 擴散火焰及燃燒器

      擴散火焰是在裝置的逸出口處由一種單純的燃氣流與空氣混合時燃燒而產(chǎn)生的。擴散火焰的優(yōu)點是裝置簡單（通常是簡單的燃燒管），且能較好的模擬可能在設(shè)備中產(chǎn)生的真實火焰；缺點是幾何形狀不穩(wěn)定。

4.3 預(yù)混合火焰及燃燒器

      預(yù)混合火焰是將達到燃點前的燃料氣體與一部分助燃氣體在燃燒管端部混合產(chǎn)生的。其余助燃氣體則以類似的方式供給擴散火焰。最終形成的火焰具有錐形內(nèi)焰，顏色常為淺藍色，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，顏色常為稍深的藍色，需要額外的空氣擴散進入火焰上部維持。錐形內(nèi)焰溫度低得多且具有化學還原性，而錐形外焰則溫度高得多且更具氧化性。

      有時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入穩(wěn)定火焰。預(yù)混合火焰的優(yōu)點是效率更高，火焰溫度更高，并且可以調(diào)節(jié)助燃氣體和燃料氣體的比例，但所需裝置比擴散火焰所使用的裝置更復雜。在預(yù)混合燃燒器中，助燃氣體既可以直接計量供給，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)計用來控制空氣及燃氣的量度。其原理是讓氣體以特定流速和背壓通過特定裝置。空氣的計量一般都有額外管路來實現(xiàn)，但仍需限制性的燃料氣體孔穴以產(chǎn)生高速氣流，達到更好的混合效果。如果既有空氣計量管路也有燃氣計量管路，則能夠更好的控制最終產(chǎn)生的標準火焰。

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。燃氣出口大小可以是固定的也可以是通過錐形針調(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，因此與計量空氣混合燃燒裝置相比一般比較簡單，而且設(shè)計時體積也可以做的較小。

      此類裝置操作簡單，在燃氣出口可調(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，不適合用來進行測試。

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。實驗室等級的純度則越高越好。

5 確認試驗裝置

5.1 導則

      銅塊量熱試驗是將標準形狀的銅塊置于試驗火焰中，記錄時間/熱特性曲線，以此表征試驗銅塊吸收熱量的速率。測得的溫度隨時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。銅塊凈熱焓隨時間而變化是受對流、傳導和輻射影響的結(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)，并在空氣無強制通風的環(huán)境中進行試驗。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間。

5.3 熱電偶

      熱電偶應(yīng)能工作于預(yù)計可能產(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)有足夠的強度以便掛住銅塊。并且，熱電偶應(yīng)能經(jīng)受住試驗過程中，銅塊正上方處火焰的極高溫度。熱電偶聯(lián)結(jié)點應(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）的識別號為Cu-ETP UNS C11000。這種電工級銅材料已被發(fā)現(xiàn)具有下述基本特征：

      a）熔點遠高于試驗中可能產(chǎn)生的最高溫度；

      b）熱擴散率高；

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

      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試時間的范圍，因此在確定合適時間范圍時，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)盡量簡單，易于規(guī)定和適合實際制作。銅塊的尺寸和外形應(yīng)被設(shè)計成對火焰的影響最小，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 確認試驗程序

6.1 測試溫度范圍

      銅塊通過對流和傳導組合作用獲得熱量，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)變化導致的不確定性，建議將最高試驗溫度限制在輻射為最小時的水平，但也要足夠高以得到合適的測試時間。目前得出合適的試驗溫度范圍為100℃～700℃。

6.2 試驗時間范圍

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

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