材料燃烧特性和烟气分析实验指导书

实验2材料的燃烧特性和烟气分析实验指导书1实验目的(1)用圆锥热量计测量材料燃烧时的热释放率，掌握和理解圆锥热量计的基本使用方法碳化材料和非碳化材料燃烧过程中的热释放速率规律理解了热释放速率与外部热流之间的关系。(2)利用烟雾分析仪分析燃料燃烧产物中气体产物的组成和浓度、烟雾密度、气体产物毒性等，掌握烟雾分析仪的基本使用方法。(3)分析从综合实验结果中选定材料的燃烧特性。2实验原理2.1锥形热量计及其实验原理1993年，国际标准化组织(ISO )正式出版了用圆锥热量计测量材料的标准ISO 5660。 锥形热量计已成为火灾科学研究领域中最重要的小比例测量仪器，包括材料热释放率、点火时间、烟气密度、质量损失率和一氧化碳圆锥热量计由以下部分组成，如下图所示：注：标有*的尺寸均为重要尺寸，公差必须为1mm。 其他尺寸为推荐尺寸，请尽量采用。1-马达2-鼓风机3-节流孔(孔径57mm) 4-导压管5-热电偶6-环取样器7-排气管(内径114mm) 8-节流孔(孔径57mm) 9-吸烟罩10-试样11-放射圆锥图1锥形热量计实验装置示意图(1)锥形加热器：切掉前端的圆锥形加热器，额定电压为240 V，额定功率为5000 W，能够在水平和垂直方向上产生100 KW/m2的热流。(2)样品架：在与水垂直的方向上，可载有长度、宽度、高度为100mm的100mm50mm的样品。(3)测力传感器：为了测定样品的质量，其精度为0.1 g，量程为3.5 kg。 请关闭负荷池，以免温度变化影响。(4)点火器：带安全熔断装置的10 KV电子点火器。(5)排气系统：不锈钢制。 包括屏蔽、祁阳环探测器、排气扇、孔板式流量测量系统。(6)气样采集：包括环形采样器、冷却管、泵、气干管和流量控制部。(7)氧分析器：顺磁性氧分析器，能分析氧浓度的范围为0%25%，该分析器的精度大于5010-6。(8)烟密度测量系统：测量试样中排气管中烟的光密度。(9)热流剂：用于锥形加热器放射到试料表面的热流量。(10 )校准燃烧器：用纯度99.5%的甲烷气校准设备测定的散热率。1-热电偶2-外锥壳3-内锥壳4-电热管5-低密度陶瓷纤维； 6-顶板7-底板8-支柱9-锥形铰链支架(可调整锥形高度)图1.2辐射锥1-鼓风机2-节流孔(孔径57mm) 3-导压管4-热电偶5-环形取样器(吸气口朝向风扇)6-节流孔(孔径57mm )图1.3排气系统示意图锥形热量计采用耗氧原理测定材料的热释放速度。 耗氧量的原理是指材料燃烧时每单位耗氧所释放的热量基本相同。 Huggett于1980年指出，建筑业和商业中常用的塑料和其他固体材料大多遵循该法则，测定了该值为13.1 MJ/kg的O2。 收集实验过程中材料燃烧的所有产物通过排气管。 气体充分混合后，测定其质量流量和成分。 在测定时，至少需要测定O2的体积分率，为了得到更正确的结果，需要测定CO、CO2的体积分率。 通过这样计算燃烧过程中消耗的氧的质量，利用氧消耗的原理，可以得到材料燃烧过程中的热释放速度。图3.4锥度温度计的气体取样流程2.2烟气分析仪及其实验原理WJ-60B烟气分析仪利用进口恒电位电解传感器监测污染源中的有害气体，利用高精度的进口差压传感器测量管道风速，利用铂电阻器测量烟气温度，湿度传感器测量污染源的含水量，输入烟道截面自动计算污染物的排放量。主要特性：(1)主体(可以独立动作，也可以在手动操作器的控制下动作)内置7个传感器，可同时分析O2、CO、NO、NO2、SO2等。 内置汽水分离装置，可以有效除去烟中的水分和粒状物，确保污染物的测定精度。 电源接通设备的自我诊断、空气标定传感器的零点、测量后传感器的自动清洗。(2)手动操作器采用嵌入式计算机控制板，可实时控制背光型触摸屏，显示各种污染物实时监控图表。 可直接显示O2、CO、NO、NO2、SO2、温度、压力等测量参数；计算CO2、NOx、燃烧效率、损耗等。(3)探针探针采用耐腐蚀不锈钢材料，标准配置800mm。 长度是可选的。 温度探针采用铂电阻，测量范围广，线性好，精度高。 含水量传感器可以测量烟的湿度。3实验程序(1)至少选择3种材料进行制造，每种材料需要3个试料。 尺寸为100 mm100 mm的正方形，样品的底面和侧面用单层铝箔包裹，装入支架。(2)接通总电源，预热磁氧分析仪，3小时以上。(3)打开计算机，点击接口“清除设备”，清除设备。 将温度设为规定的温度(对应的放射强度)时，注意温度上升不会过快，辐射锥每200设定一次温度。(4)无负荷时，收集基线数据。(5)点击界面“实验开始”，观察实验现象，测定材料的放热速度、点火时间(样品放入样品夹后，点亮电子启动器)。 从电子发起器起火冲击板材表面加热时起，保持板材表面起火后4 s不熄灭的时间)、质量损失率等特性参数。(6)氧浓度不再下降时，结束实验。(7)保存实验数据。(8)用烟密度分析仪测定材料燃烧过程中的烟成分、烟密度等。4实验记录、数据和结果处理(1)分析了表示各散热强度条件下材料的平均散热速度、散热速度的峰值和点火时间的材料的散热速度的峰值、平均散热速度和散热强度的函数关系(2)根据实验数据，在各热辐射强度条件下，制作各材料试样的热辐射速度图，并运用学到的知识进行理论说明。(3)制作各材料试料的平均放热速度和放热强度的关系曲线。(4)记录各种材料燃烧产生的烟雾测