本发明涉及多孔介质浸润可燃液体火灾安全，特别涉及一种用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置及计算方法。
背景技术：
1、我国是石油类液体燃料消费大国，近年来年均消费量达5.9亿吨。石油类液体燃料在钻探开采、运输、储存及使用过程中常发生泄漏，每年产生油污废水、含油污泥分别达近12-15亿立方米、1000万立方米，造成每年新增石油污染土壤近10万吨。泄漏的可燃液体渗透入多孔介质(如土壤、砂地等)环境中，不仅会诱发火灾爆炸事故，还会导致环境污染问题，造成巨大经济损失。针对可燃液体泄漏燃烧与控制等问题建立多孔介质油浸燃烧的实验装置并展开研究，对保障我国石油化工安全有重要意义，符合国家重大需求。
2、可燃液体泄漏浸润多孔介质燃烧受到液体渗流特性、多孔介质孔隙结构、固液两相传热、毛细效应及相变传质共同影响，导致可燃液体在蒸发扩散、引燃条件及燃烧蔓延等方而显著变化，燃烧机理和蔓延特性更加复杂，现有理论模型无法适用、消防规范尚无明确针对性应对措施。此外，应用燃烧方式将土壤或砂地中可燃液体污染物燃烧掉是可选的的去污处理方式之一，但可燃液体泄漏后浸润多孔介质土壤或砂地环境的火灾防治及应用燃烧进行去污化处理，存在亟待解决的关键技术瓶颈。
3、通过调研发现，申请公布号为cn114453405a的中国专利公开了一种有机物污染土壤的堆体热解析修复系统及施工方法，其包括铺设在污染土壤堆体底部的硬化防渗层和覆盖在污染土壤堆体表面的密封保温层，加热系统布设在污染土壤堆体内，且加热系统与电力控制系统相连，气相抽提系统布设在污染土壤堆体内，且气相抽提系统与尾气处理系统相连，温度和压力监测系统布设在污染土壤堆体内，用于监测污染土壤堆体的温度和压力；pcl控制系统接收土壤堆体的温度和压力信号，并控制电力控制系统、加热系统、气相抽提系统和尾气处理系统的运行状态。
4、虽然该修复系统一定程度上实现了有机物污染土壤的热解修复研究的需要，但仅局限于有机物热解以及测量土壤堆体的温度和压力。对于可燃液体浸润多孔介质领域的燃烧去污处理，目前尚无相关的实验装置。可燃液体浸润多孔介质中不同的受热位置和加热方法、不同的坡度、不同的环境风和空气流动，均会对多孔介质油浸火燃烧的整体发展及蔓延产生较大影响；另外，多孔介质油浸火燃烧的烟气产物行为及其热量分布也是该领域内需要重点分析的参数，可见上述发明具有一定的局限性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有多孔介质油浸火燃烧领域的实验平台短缺，提供一种可调倾角的，并且具有良好火灾参数采集性能和模拟火灾加热性能的多孔介质油浸燃烧的实验装置及计算方法。
2、本发明提供的这种用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，包括用于展示多孔介质油浸燃烧蔓延过程的实验平台和用于采集实验平台上多孔介质油浸燃烧过程中各项火灾参数的采集装置，所述实验平台包括支撑装置、用于承装多孔介质的实验盘、液体燃料泄漏模拟装置、用于局部集中点燃浸油多孔介质的局部点火装置和用于均匀加热浸油多孔介质的整体加热装置，所述实验盘、局部点火装置和整体加热装置均坡度可调的安装在支撑装置上，
3、所述支撑装置包括底板、竖直安装在底板上支架和支撑柱、三副由上至下依次滑动安装在支撑柱上的坡度调节组件，所述坡度调节组件均包括套装在支撑柱上的滑块、设在滑块上的锁紧螺母、转动安装在滑块上横向连接杆，所述滑块高度可调的安装在支撑柱上并由锁紧螺母顶紧进行高度定位；
4、所述实验盘与最下方的横向连接杆内端段相连接，所述实验盘通过与之相连的横向连接杆坡度可调的安装在支撑柱上；
5、所述液体燃料泄漏模拟装置包括承装液体燃料的储液桶、用于控制液体燃料泄漏速度的转子流量计、钢制喷管、用于固定钢制喷管并与实验盘卡装连接的仪器夹，所述储液桶固定在支架上并通过橡胶软管与转子流量计连接，所述钢制喷管一端与转子流量计连接、一端面向实验盘端部中央位置处布置；
6、所述局部点火装置包括支撑框，在支撑框内设有可左右移动的滑杆，在滑杆上设有可前后移动的电火花点火器，所述支撑框与位于中间的横向连接杆内端段相连接，所述支撑框通过与之相连的横向连接杆坡度可调的安装在支撑柱上，所述电火花点火器通过钢制牵引绳与滑杆两侧的驱动电机相连，所述电火花点火器由驱动电机控制在滑杆上定位移动；
7、所述整体加热装置包括辐射加热板和pid温控装置，所述辐射加热板与最上方的横向连接杆内端段相固接，所述辐射加热板通过与之相连的横向连接杆坡度可调的安装在支撑柱上，所述pid温控装置安装于实验盘底部，所述辐射加热板通过稳压器与外部计算机连接，
8、所述采集装置包括红外热像仪、数据采集器、热电偶阵列，所述红外热像仪通过矩形伸缩杆倾角可调的安放在于实验平台正前方，用以实现对多孔介质油浸燃烧实验过程中的热量分布以及火焰形态进行实时监控；所述pid温控装置通过数据采集器与外部计算机连接，用于实时控制并监测辐射加热板的辐射功率，实现对辐射加热板下方的油浸多孔介质进行均匀加热；所述热电偶阵列均匀布置在实验盘内及实验盘与局部点火装置之间，各热电偶阵列通过数据采集器与外部计算机连接，实验盘内的热电偶阵列用于测量浸油多孔介质燃烧过程中温度数据和流场数据，实验盘与局部点火装置之间的热电偶阵列用于监测记录火焰羽流温度。
9、所述采集装置还包括面向实验盘正面布置的视频采集装置，以实现对多孔介质油浸燃烧全过程的实时记录。
10、为防止采集装置被火苗灼烧，在视频采集装置与实验平台间设有防火玻璃。
11、为便于更好的测量实验盘内部温度变化情况，为模拟多孔介质油浸燃烧火灾场景中多孔介质环境内部温度变化提供一定的数据参考，在实验平台后方设有面向其布置的钢制挡板，在钢制挡板上安装有等距布置的热电偶。
12、在横向连接杆外端段上设有旋转握把。
13、所述多孔介质为惰性多孔介质。
14、所述多孔介质为砂床或土壤。
15、一种适用于上述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置的油浸火热释放速率的计算方法，包括如下步骤：
16、s1、燃烧初期，实验盘内的可燃液体热释放速率主要受到实验盘表面火焰向下的对流传热及热辐射影响，其燃烧速率计算式如下：
17、
18、其中，为实验盘表面可燃液体受热蒸发燃烧的单位面积质量损失率，kg/s；为对流传热量，kj；为辐射热量，kj；为表面再辐射热量，kj；δh为可燃液体受热蒸发的相变潜热，kj；cp,l为可燃液体的比热容，j/(kg·k)；cp,s为多孔介质的比热容，j/(kg·k)；ρl为可燃液体的密度，g/l；ρs为多孔介质的密度，g/l；φ为孔隙率，tv为实验盘表面的可燃液体蒸气测量温度，k；t0为环境温度，k；
19、上述三个传热量的计算方法如下：
20、
21、其中：hc为对流换热系数；tf为火焰温度，k；ε为发射率，ε＝1-exp(-κslm)；κs为可燃液体的消光系数；lm为实验盘上方火焰形状的平均光束长度，m；σ为boltzmann常数；
22、s2、燃烧中后期，实验盘表面可燃液体蒸气已被燃烧殆尽，实验盘内部的可燃液体呈现出由多孔介质与可燃液体蒸气组成的1)上部干区，由多孔介质、可燃液体、可燃液体蒸气三相共存组成的2)中部共存区，以及由多孔介质、可燃液体组成的3)底部湿区，三区域分布的特征；在燃烧中后期，随着燃烧的发展，上部干区的厚度增加，干燥多孔介质的隔热效果也逐渐增强，此时大部分的传热依赖于上部干区中干燥多孔介质的导热；此时的可燃液体燃烧速率随着燃烧的持续逐渐衰减，计算方法如下式所示：
23、
24、其中，ke,a为实验盘上部干区多孔介质的表观导热系数；ts为实验盘上部干区多孔介质的测量温度，k；t为燃烧持续时间，s；
25、根据不同燃烧阶段所得的可燃液体质量损失速率，可根据下式计算可燃液体浸润多孔介质燃烧的热释放速率：
26、
27、其中，为可燃液体浸润多孔介质燃烧的热释放速率，kj/s；χ为燃烧效率；δhc为所选用的可燃液体的热值，kj/kg。
28、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
29、1、本发明中的实验盘、局部点火装置和整体加热装置均采用坡度可调的安装方式，可实现人工手动调整实验盘、局部点火装置和整体加热装置之间的距离和各自的坡度倾角，能过极大程度满足多孔介质油浸燃烧实验中关于坡度参数的灵活调整。
30、2、本发明采用辐射加热板和pid温控装置作为整体供热设备，二者均与外部计算机连接进行实时操控，通过计算机实时控制并监测辐射板的辐射功率，以均匀且可控地对辐射加热板下方的油浸多孔介质进行加热，实现大多数多孔介质油浸燃烧实验的边界条件要求。
31、3、本发明增设局部点火装置，通过滑杆使电火花点火器在支撑框内进行左右、前后位置的移动定位，使电火花点火器精准移动至目标点火位置，从而实现实验盘精确位置的局部加热点火功能。
32、4、本发明增设液体燃料泄漏模拟装置作为燃料供应设备，与传统的非补充燃料型的液体燃料浸润多孔介质燃烧方式不同，该装置通过调整转子流量计可以控制液体燃料流动达到指定流速，为液体燃料浸润多孔介质燃烧蔓延实验过程供应稳定流速的液体燃料，可以实现在多孔介质燃烧床中边蔓延边燃烧的实验，更加贴合液体燃料泄漏火灾事故中不同情况下的液体燃料浸润多孔介质燃烧蔓延情况。
33、5、本发明具有包括红外热像仪、热电偶阵列的采集装置，其中，使用红外热像仪作为探测设备能够有效测量多孔介质油浸火燃烧全过程的温度变化规律、热量分布规律及火焰形态变化规律的多项具体参数，为实现该类实验中的数据采集提供便利；使用热电偶阵列能够有效测量浸油多孔介质燃烧过程中温度数据和流场数据。
34、本发明即可通过液体燃料泄漏模拟装置与实验盘来模拟液体燃料浸润多孔介质燃烧蔓延过程，又可以改变不同实验坡度，通过局部点火装置实现在实验盘表面指定位置进行加热点火，通过pid温控装置实时监控辐射加热板的加热速率和热量参数，通过热电偶阵列分析多孔介质油浸燃烧的温度场变化特点，通过红外热像仪分析多孔介质油浸燃烧产物的热传递情况，对于进行多孔介质油浸火相关领域的燃烧蔓延实验研究具有积极意义。
35、本发明功能齐全、安全可控，具有重复模拟多孔介质油浸火燃烧蔓延以及改变倾角和液体燃料流速的条件进行实验的装置功能。
1.一种用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：包括用于展示多孔介质油浸燃烧蔓延过程的实验平台和用于采集实验平台上多孔介质油浸燃烧过程中各项火灾参数的采集装置(6)，所述实验平台包括支撑装置(1)、用于承装多孔介质的实验盘(2)、液体燃料泄漏模拟装置(3)、用于局部集中点燃浸油多孔介质的局部点火装置(4)和用于均匀加热浸油多孔介质的整体加热装置(5)，所述实验盘、局部点火装置和整体加热装置均坡度可调的安装在支撑装置上，
2.根据权利要求1所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：所述采集装置还包括面向实验盘正面布置的视频采集装置(64)，以实现对多孔介质油浸燃烧全过程的实时记录。
3.根据权利要求2所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：在视频采集装置与实验平台间设有防火玻璃。
4.根据权利要求1所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：在实验平台后方设有面向其布置的钢制挡板(7)，在钢制挡板上安装有等距布置的热电偶(72)。
5.根据权利要求1所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：在横向连接杆外端段上设有旋转握把(17)。
6.根据权利要求1所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：所述液体燃料泄漏模拟装置还包括用于固定钢制喷管并与实验盘卡装连接的仪器夹(34)。
7.根据权利要求1所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：所述多孔介质为惰性多孔介质。
8.根据权利要求7所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置，其特征在于：所述多孔介质为砂床或土壤。
9.一种适用于权利要求7所述的用于模拟多孔介质油浸燃烧的实验装置的油浸火热释放速率的计算方法，其特征在于包括如下步骤：
