基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實驗測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及火災科學研究領域，尤其涉及煙羽流、煙氣運動規律研究、火災煙氣模擬實驗測量等方面，具體涉及一種基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實驗測量裝置。
【背景技術】
[0002]火災現象分為可燃物燃燒和熱空氣流動兩個相互影響的過程，煙氣運動是火災科學研究中最為重要的內容之一。在進行建筑、隧道、地鐵、船舶等場景火災煙氣運動特性研究時，主要通過實體試驗和計算機模擬進行研究。實體試驗研究指的是在特定的空間內，通過檢測火場中熱和煙氣等各項指標，找出其規律性。在實驗研究中，通常在特定的模擬空間內通過具體火災實驗，獲得實驗數據，通過對數據的整理，分析總結出火災煙氣特性，進行同類場景的火災預測。
[0003]煙氣流速是火災研究中的重要參數。目前，主要采用測量氣體流速的方法對煙氣進行測速，包括氣壓法、機械法與散熱率法等。氣壓法測量使用皮托管式風速傳感器和雙向微壓差計等；機械法利用葉輪風速儀等；散熱率法使用熱線、熱球風速儀等。還有研究者為得到火災中羽流前鋒上升時間，在實驗空間內布置熱電偶樹，測量火災中溫度分布，當熱電偶溫升達到某個值時，確定為煙氣羽流前鋒到達該處。有的裝置在測量過程中還存在一些問題，例如熱線、熱球風速儀在流速過低時，受到自然對流和輻射的作用的影響，測量值會比實際值偏大；常溫熱球風速儀也不能用于測量高溫火災煙氣。同時，此類風速儀不能識別末流的方向，因此不能進行流動的定向測量。此外，為了保護熱線或熱球不受雜質的撞擊，在探頭外部通常會套上一層會屬濾網，在測量火災煙氣時，固體顆粒會堵塞網孔，使得氣體無法流過探頭，導致測量結果偏低。人們也考慮在鹽水中進行煙氣流動模擬，用鹽水在清水中的湍流重力流動來仿真熱煙氣在空氣中的湍流浮力流動。由于兩種流動具有相似現象，所以可用來研究實際火災煙氣流動的特性。但鹽水模擬實驗也存在難以測量速度場的問題。湍流強度根據通過測量得到的速度值進一步推導計算得到。
[0004]目前所用的煙氣速度和湍流強度測量裝置均屬于點式測量，只能根據布置在實驗艙室內的點式傳感器得到某些位置的速度值，無法得到煙氣整體運動的速度場。
[0005]專利申請公布的“熱風式湍流模擬裝置(CN201010605579) ”，發明了一種熱風式湍流模擬裝置，通過調節加熱和風速控制器控制湍流的強度，使用風速傳感器和溫度傳感器在裝置的內部一側測量湍流速度和溫度。但該裝置只在側面使用兩個傳感器，無法得到箱體內部空間真實的湍流分布狀況，只能對湍流強弱進行定性估計。
[0006]專利申請公布的“一種測量粒子速度的方法(CN101231299A) ”，通過在水槽的流場中散布合適的示蹤粒子，根據兩粒子像點位置信息和灰度總和的差異得到粒子的速度矢量，從而獲得整個流場的速度信息。但是該技術的實現必須使用示蹤粒子，在液體中較容易實現，在煙氣流場中加入示蹤粒子很難實現。
【發明內容】
[0007]本實用新型的目的在于，為火災科學中煙羽流、煙氣運動相關研究提供基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實驗測量裝置。
[0008]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0009]基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實驗測量裝置，包括煙氣實驗系統，視頻采集系統和數據處理系統三部分。煙氣實驗系統由一個煙氣腔室，一個發煙箱和排煙裝置構成；視頻采集系統由一臺高清攝像機和照明系統構成；數據處理系統包括一臺計算機。系統的煙氣實驗系統部分的發煙箱裝載發煙材料和加熱裝置，產生的煙氣進入煙氣腔室；高清攝像機透過透明的煙氣腔室外壁采集煙氣視頻信息，將視頻數據通過網絡線纜傳入負責視頻數據處理的計算機，在計算機中利用圖像處理技術對煙霧視頻信號進行分析處理，獲得二維平面上的火災煙氣速度和湍流強度實時數據。該發明特征在于:
[0010]所述煙氣腔室，由透明無色有機玻璃構成，為可分離框架式結構，腔體壁面玻璃可以根據模擬環境設置開口、縫隙等，可以搭建成不同結構供不同環境結構內的火災羽流模擬；煙氣腔室背景用黑色攝影專用吸光布平鋪，增強拍攝的煙霧視頻；煙氣腔室背景標有白色刻度，可以通過圖像處理技術實現圖像坐標系和世界坐標系的轉換，得到煙氣運動的實際速度；
[0011]所述發煙箱由2毫米厚鋼板構成，可以放置電爐等設備點燃固體可燃物，使其陰燃發煙；發煙箱高度應超過加熱裝置加上發煙材料的高度，底面積應足夠大以防止加熱裝置產生的熱量影響到煙氣腔室壁面材料；
[0012]所述排煙裝置，能夠通過排煙風機將煙氣腔室內的火災煙氣抽出，通過煙氣凈化器對煙氣進行處理并排出；
[0013]所述高清攝像機有至少1920X 1080像素的分辨率，能夠手動調焦，攝像機拍攝的視頻信號能夠通過網線實時傳輸到計算機；
[0014]所述照明系統由數個攝影用柔光燈箱構成，可以按照視頻拍攝需要調整燈箱數量、位置和角度；
[0015]所述計算機可以通過網線實時獲取視頻數據，對視頻進行實時處理，計算出煙氣速度和湍流強度，將數據保存在計算機數據庫中，并實時顯示煙氣湍流強度的偽彩圖。
[0016]本實用新型還會帶來一定的積極效果:由于裝置通過視頻進行非接觸式的煙氣速度和湍流測量，避免了熱電偶、熱線風速儀等設備的布置和安裝對實驗空間的干擾，簡化了實驗臺設計；采用可分離框架式結構的煙氣腔室，可以按照實驗模擬環境搭建不同結構的腔室，進行各類小尺度火災煙氣實驗；能夠實時計算出視頻中煙氣任意位置的湍流強度。本發明的非接觸式煙氣速度、湍流強度測量裝置簡單，有利于火災科學研究，為煙羽流、煙氣運動規律、火災煙氣模擬實驗測量等方面的研究提供了一種新裝置。
【附圖說明】
[0017]圖1是基于視頻的煙氣流速場、湍流度場實驗測量裝置結構圖。
[0018]圖2是裝置的布局示意圖，其中2(a)是裝置布局圖，2(b)是發煙箱內部布局圖。
[0019]圖3是裝置的測量方法流程圖。
[0020]圖4是煙氣速度、湍流強度計算流程圖。
[0021]圖5是計算機顯示器顯示示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。<