一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台

1.本发明涉及建筑火灾安全技术领域，具体涉及一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台。


背景技术：

2.为了缓解城市土地资源紧张问题，超高层建筑在我国得到了迅速的发展。而超高层建筑通常是多种功能的集合体，包含商业、酒店、办公、观光等，其建筑构型复杂，火灾风险高，且大部分的超高层建筑位于人口密集的城市中心，一旦发生火灾会造成严重的生命财产损失。
3.目前超高层建筑火灾中通常采用水来灭火，但是由于水的输运压力衰减大，其输运范围往往难以全部覆盖超高层建筑。而压缩空气泡沫密度小、输运压力衰减小、灭火性能高，使其在超高层建筑的灭火中有着其独特的优势。但是压缩空气泡沫在超高层建筑的输运中其泡沫属性会发生一定的变化，从而对灭火产生影响。因此研究压缩空气泡沫在输运过程中的泡沫属性的变化有着重要意义。
4.由于超高层建筑压缩空气泡沫输运的实验开展需要耗费大量的人力和财力，且实验条件难以控制，较难获得大量且可靠的实验数据，因此缺少对压缩空气泡沫在超高层建筑垂直输运时的泡沫属性及压力衰减实验研究，对此设计一种泡沫属性综合测试平台具有一定必要性。
5.压缩空气泡沫由一定比例的空气与泡沫混合液组成，在超高层建筑的垂直输运时由于压力的影响，泡沫的密度等属性不断变化，目前国内学者对压缩空气泡沫的水平输运开展了一定的研究，而对超高层建筑中压缩空气泡沫的垂直输运实验研究非常有限。张佳庆发明了一种集成式低倍数泡沫灭火剂综合性能检测装置，可检测常压下的泡沫微观及泡沫析液图像。然而目前尚未见压力对泡沫密度等属性的影响研究，因此本发明设计了一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台，可模拟压缩空气泡沫在管道内输运时密度、析液特性及微观属性的变化。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决超高层建筑管网内不同压力环境下压缩空气泡沫属性难以测量的缺点，提供了一种泡沫属性综合测试平台来解决上述问题。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台，包括泡沫产生单元、供气单元、泡沫密度及析液测量单元和微观属性测量单元；泡沫产生单元与泡沫密度及析液测量单元的泡沫进口相连；供气单元与泡沫密度及析液测量单元的气体进口相连，微观属性测量单元与泡沫密度与析液测量单元的泡沫出口相连；其中：
9.所述泡沫产生单元用于产生不同气液比、混合比、种类的压缩空气泡沫，设置有不同管径的泡沫出口；
10.所述供气单元包括气瓶、减压阀、输运管道，用于给密度及析液测量单元供气；
11.所述泡沫密度及析液测量单元包括亚克力罐体、不锈钢盖、压力表和阀门，设置有泡沫进出口以及气体进出口；
12.所述微观属性测量单元包括泡沫观察装置、体式显微镜和数据处理系统。
13.优选地，所述实验平台还包括输运管道单元，所述输运管道单元包括不同管径的连接管道，用于各个装置间的连接。
14.具体地，一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台，包括泡沫产生单元、供气单元、泡沫密度及析液测量单元、微观属性测量单元及输运管道单元；其中：
15.所述泡沫产生单元用于产生不同气液比、混合比、种类的压缩空气泡沫，设置有不同管径的泡沫出口；
16.所述供气单元包括气瓶、减压阀、输运管道，用于给密度及析液测量单元供气；
17.所述泡沫密度及析液测量单元包括亚克力罐体、不锈钢盖、压力表、阀门，设置有泡沫进出口以及气体进出口；
18.所述微观属性测量单元包括泡沫观察装置、体式显微镜、数据处理系统；
19.所述输运管道单元包括不同管径的连接管道，用于各个装置间的连接。
20.所述的泡沫属性综合测试实验平台，所述泡沫产生单元设置有不同的管径的泡沫出口，并且可进行气液比、混合比、泡沫种类的调节，且其泡沫出口与密度及析液特性测量单元相连。
21.所述的泡沫属性综合测试实验平台，所述供气单元由气瓶和减压阀组成，气瓶内为压缩空气、可向密度及析液测量单元供气至所需测试压力，其气体出口与密度及析液特性测量单元相连。
22.所述的泡沫属性综合测试实验平台，所述泡沫密度及析液测量单元由亚克力罐体、不锈钢盖、压力表、阀门、泡沫进出口、气体进出口组成。
23.其中：亚克力罐体与不锈钢盖通过法兰连接，中间垫有橡胶法兰垫片；不锈钢盖上设置有气体进出口、泡沫进口，气体进出口与压力表通过一个四通管件连接在不锈钢盖上，各个配件通过螺纹相连接；亚克力罐体外部设有刻度与方便读取泡沫液位的变化；亚克力罐体底部中央开有泡沫出口，可通过管道与微观属性测量单元相连；气体进出口与泡沫进出口均设有阀门。
24.所述的泡沫属性综合测试实验平台，所述微观属性测量单元由泡沫观察装置、体式显微镜及数据处理系统组成。
25.其中，泡沫观察装置由亚克力制作，装置左右分别设置泡沫进口及泡沫出口；泡沫观察装置内部设置有圆柱形的泡沫腔室，便于显微镜观察；体式显微镜与数据处理系统相连，可实时观察记录不同压力下泡沫的微观形态。
26.所述的泡沫属性综合测试实验平台，所述输运管道单元为不同管径的软管，用于连接泡沫产生单元、供气单元、泡沫密度及析液测量单元与微观属性测量单元，管道中均设置有阀门。
27.通过采用上面技术方案说产生的有益效果在于：本发明的一种泡沫属性综合测量实验平台提供了模拟超高层建筑管道内压缩空气泡沫属性的方式，补齐了泡沫属性研究领域的不足，具体体现在：
28.(1)该实验平台能够针对不同气液比、混合比、种类的压缩空气泡沫，进行不同压力下的属性测量，对压缩空气泡沫在超高层建筑垂直管网输运时泡沫属性的变化特性作出分析，从而为厘清压缩空气泡沫压力衰减规律提供数据支撑，进而优化超高层建筑压缩空气泡沫输运的管网设计。
29.(2)该实验平台的泡沫密度与析液测量单元通过使用亚克力材质制作罐体，可以实现泡沫体积及析液特性的实时观察记录。通过向该模块内供气至所需压力，可以测量不同压力下泡沫密度及析液特性的变化，便于厘清压力对泡沫密度及析液特性的影响规律。
30.(3)该实验平台的泡沫微观属性观察装置使用亚克力材质制作，可通过体式显微镜透过视窗观察不同压力下泡沫微观属性的变化，体式显微镜与数据采集处理系统相连，可以实现泡沫微观属性的实时观察记录与分析。
附图说明
31.图1是一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台的总体结构示意图。
32.图2是一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台的泡沫产生单元。
33.图3是一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台的供气单元。
34.图4是一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台的泡沫密度及析液测量单元。
35.图5中(a)是一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台的微观属性测量单元。
36.图5中(b)是一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台的泡沫观察装置。
37.图6是本发明提供的一种泡沫综合属性的分析方法。
38.图中，泡沫产生单元1、供气单元2、泡沫密度及析液测量单元3、微观属性测量单元4、输运管道单元5、操作控制台11、进水口12、第一泡沫出口13、第二泡沫出口14、阀门a15、气瓶21、减压阀22、阀门b23、出口24、亚克力罐体31、不锈钢盖32、压力表33、第一泡沫进口34、第三泡沫出口35、气体进口36、气体出口37、四通管件38、泡沫观察装置41、体式显微镜42、数据采集处理系统43、泡沫的第二进口411、泡沫的第四出口412、阀门c44和圆形视窗413。
具体实施方式
39.下面结合附图，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的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
40.实施例1
41.如图1所示，泡沫属性综合测试平台包括泡沫产生单元1、供气单元2、泡沫密度及析液测量单元3、微观属性测量单元4、输运管道单元5。泡沫产生单元1与泡沫密度及析液测
量单元3的泡沫进口相连。供气单元2与泡沫密度及析液测量单元3的气体进口36相连，微观属性测量单元4与泡沫密度与析液测量单元3的第三泡沫出口35相连。
42.如图2所示，泡沫产生单元内置有泡沫液储罐(未图示)、空压机(未图示)、水泵(未图示)、气液混合腔室(未图示)、流量计(未图示)等部件，同时设置有操作控制台11，可控制气液比、混合比等参数，也可实时观察系统的流量、压力等参数。
43.泡沫产生单元设置有进水口12、第一泡沫出口13、第二泡沫出口14，其中第一泡沫出口13设置为15mm管径和第二泡沫出口14设置为50mm管径，用于匹配不同的泡沫流量。为了满足实验需求，设置了阀门a15控制泡沫出口的流量。
44.如图3所示，供气单元包括气瓶21、减压阀22、阀门b23，可通过调节减压阀22来控制出口24的气体压力。气瓶21依次连接阀门b23和减压阀22。
45.如图4所示，泡沫密度与析液测量单元3由亚克力罐体31、不锈钢盖32、压力表33、第一泡沫进口34、第三泡沫出口35、气体进口36和气体出口37组成。其中四通管件38上部为压力表33，下部为密度及析液测量单元3，左侧为气体进口36，气体进口36与供气单元2相连，右侧为气体出口37，气体出口37处设有阀门。在不锈钢盖32上还设有一泡沫进口34，其与泡沫产生单元1的第二泡沫出口14相连。在罐体底部中央设有第三泡沫出口35，其与微观属性测量单元4相连，并通过阀门控制。
46.亚克力罐体31内径200mm，壁厚30mm，高450mm，顶部通过法兰与不锈钢盖32相连接，同时其法兰部分设有三角块进行加固，罐体设计耐压1.0mpa。在罐体表面设有刻度，可实时读取泡沫与液体液位。
47.泡沫密度与析液测量单元3使用流程为，关闭第三泡沫出口35与气体进口36、气体出口37的阀门，开启第一泡沫进口34的阀门。启动泡沫产生单元1，此时泡沫通过管道输运至罐体内部至一定体积。关闭泡沫进口阀，开启气体进口阀，通入气体至所需实验压力后关闭阀门。此时可记录再次泡沫体积与观察析液特性。
48.如图5中(a)和(b)所示，泡沫微观属性测量单元由泡沫观察装置41、体式显微镜42与数据采集处理系统43组成。观察装置41设有泡沫的第二进口411、泡沫的第四出口412及阀门c44，可透过中央的圆形视窗413观察泡沫的微观形态。使用时开启密度及析液测量单元3的第三泡沫出口阀门使泡沫观察装置与测量单元4处于相同压力下，此时通过体式显微镜42透过中央的圆形视窗413实时观察泡沫在不同压力下的微观形态。
49.实施例2
50.本实施例提供一种泡沫综合属性的分析方法，其利用与泡沫产生单元1相连的泡沫密度及析液测量单元3与微观属性测量单元4，分析泡沫在不同压力下的密度、析液特性及微观属性。如图6所示，该分析方法可以应用于实施例1中的一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台。该分析方法可以包括步骤s1～s4。
51.s1.生成泡沫。检查泡沫产生单元1各部件是否工作正常，确认其泡沫液储罐、水储罐余量足够开始实验；通过仪器的操作控制台11设定所需泡沫的气液比、混合比以及泡沫液类型，设定完成后即可启动设备产生泡沫。
52.s2.加压。将泡沫产生单元的第一泡沫出口13与密度及析液测量单元3相连，使泡沫充满该单元后即可停止泡沫产生单元1。此时打开供气单元2的减压阀22设定至实验所需压力，打开密度与析液测量单元3的气体进口36与第三泡沫出口35并关闭微观属性测量单
元4的阀门c44，使密度与析液测量单元3加压至实验压力，此时泡沫被压缩至一定体积并充满微观属性测量单元4。
53.s3.泡沫属性测量。此时可进行泡沫密度、析液特性以及微观属性的测量。
54.s4.数据记录。使用摄像机记录泡沫初始体积、泡沫被压缩后体积以及析液过程中泡沫底部液位的高度，析液过程持续测量30min。同时将微观属性测量单元4放置于体式显微镜42载物台上，载物台下设有光源，调整到合适的观察倍数对泡沫进行观察，在数据采集记录系统上设置好观察标尺、曝光与白平衡，开始对泡沫进行60min的微观观测，每隔30s记录一次泡沫的微观形态图像。
55.与现有方法相比，本实施例提供的分析方法具有如下优点：
56.1.该分析方法可在同一平台下对泡沫的密度、析液特性以及微观属性进行观测，与传统的测试方法需在多个设备下测量相比，将多个泡沫属性的测量集成与一个平台中，并优化流程使一次实验即可测量出泡沫的密度、析液特性与微观属性，减少了测试时长，增加了测试便捷性。
57.2.该分析方法提供了测试不同压力下泡沫的密度、析液特性与微观属性的方法，保证了实验条件的一致性，可用于研究压力条件下泡沫综合属性的变化，有助于厘清泡沫在输运管道等带压情形下泡沫综合属性的变化。
58.本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台，其特征在于：包括泡沫产生单元(1)、供气单元(2)、泡沫密度及析液测量单元(3)和微观属性测量单元(4)；泡沫产生单元(1)与泡沫密度及析液测量单元(3)的泡沫进口相连；供气单元(2)与泡沫密度及析液测量单元(3)的气体进口相连，微观属性测量单元(4)与泡沫密度与析液测量单元(3)的泡沫出口相连；其中：所述泡沫产生单元(1)用于产生不同气液比、混合比、种类的压缩空气泡沫，设置有不同管径的泡沫出口；所述供气单元(2)包括气瓶、减压阀、输运管道，用于给密度及析液测量单元供气；所述泡沫密度及析液测量单元(3)包括亚克力罐体、不锈钢盖、压力表和阀门，设置有泡沫进出口以及气体进出口；所述微观属性测量单元(4)包括泡沫观察装置、体式显微镜和数据处理系统；优选地，所述实验平台还包括输运管道单元(5)，所述输运管道单元(5)包括不同管径的连接管道，用于各个装置间的连接。2.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述泡沫产生单元(1)设置有不同的管径的泡沫出口，并且可进行气液比、混合比、泡沫种类的调节，且其泡沫出口与泡沫密度及析液特性测量单元(3)相连。3.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述供气单元(2)由气瓶和减压阀组成，气瓶内为压缩空气、可向密度及析液测量单元(3)供气至所需测试压力，其气体出口与密度及析液特性测量单元(3)相连。4.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述泡沫密度及析液测量单元(3)由亚克力罐体、不锈钢盖、压力表、阀门、泡沫进出口和气体进出口组成；其中：亚克力罐体与不锈钢盖通过法兰连接，中间垫有橡胶法兰垫片；不锈钢盖上设置有气体进出口、泡沫进口，气体进出口与压力表通过一个四通管件连接在不锈钢盖上，各个配件通过螺纹相连接；亚克力罐体外部设有刻度与方便读取泡沫液位的变化；亚克力罐体底部中央开有泡沫出口，可通过管道与微观属性测量单元相连；气体进出口与泡沫进出口均设有阀门。5.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述微观属性测量单元(4)由泡沫观察装置、体式显微镜及数据处理系统组成；其中泡沫观察装置由亚克力制作，装置左右分别设置泡沫进口及泡沫出口；泡沫观察装置内部设置有圆柱形的泡沫腔室，便于显微镜观察；体式显微镜与数据处理系统相连，可实时观察记录不同压力下泡沫的微观形态。6.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述输运管道单元(5)为不同管径的软管，用于连接泡沫产生单元(1)、供气单元(2)、泡沫密度及析液测量单元(3)与微观属性测量单元(5)，管道中均设置有阀门。

技术总结
本发明公开一种用于测试不同压力下压缩空气泡沫理化属性的实验平台，包括泡沫产生单元、供气单元、泡沫密度及析液测量单元及微观属性测量单元。其中：泡沫产生单元可产生不同气液比、混合比、种类的压缩空气泡沫，其泡沫出口和泡沫密度及析液测量单元相连；供气单元与泡沫密度及析液测量单元气体入口相连，用于使泡沫密度及析液测量装置达到一定压力；泡沫密度及析液测量单元用于测试不同压力下压缩空气泡沫的密度及析液特性的变化；微观属性测量单元用于测量不同压力下压缩空气泡沫的微观属性的变化。本发明可开展不同压力下的压缩空气泡沫密度、析液特性与微观属性测量研究，对压缩空气泡沫在超高层建筑垂直管网的输运具有实际的指导意义。有实际的指导意义。有实际的指导意义。


技术研发人员：程旭东 陈胤昌 何坤 徐林志
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/28