Large eddy simulation of turbulent premixed piloted flame using artificial thickened flame model coupled with tabulated chemistry

A sub-grid scale(SGS) combustion model, which combines the artificial thickened flame(ATF) model with the flamelet generated manifold(FGM) tabulation method, is proposed. Based on the analysis of laminar flame structures, two self-contained flame sensors are used to track the diffusion and reaction processes with different spatial scales in the flame front, respectively. The dynamic formulation for the proposed SGS combustion model is also performed. Large eddy simulations(LESs) of Bunsen flame F3 are used to evaluate the different SGS combustion models. The results show that the proposed SGS model has the ability in predicting the distributions of temperature and velocity reasonably, while the predictions for the distributions of some species need further improvement. The snapshots of instantaneous normalized progress variables reveal that the flame is more remarkably and severely wrinkled at the flame tip for flame F3.More satisfactory results obtained by the dynamic model indicate that it can preserve the premixed flame propagation characteristics better.

基于STM32的家居环境关键技术研究

随着科学技术的不断发展,越来越多的传感器技术和人工智能技术已应用于智能家居行业。本研究以STM32F103C8T6作为主要控制单元,实现对温湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器等模块的监测与控制,通过TFT显示屏显示有关数据信息。此外,还增加了LD3320语音识别模块,通过常用语音来实现家居环境中门、灯的开关控制。本研究软件设计部分利用KEIL开发工具来编写所有模块程序,以实现对家居环境参数的监控。测试结果表明,本控制系统可以通过语音识别模块LD3320与STM32F103C8T6交互实现对家居的控制,且能实现家居环境的监测与报警。

景区室内无线报警系统应用设计

设计一个景区无线报警系统,检测景区是否有火情;在火灾发生时,及时将烟雾、热量等信号转变为电信号发送给相关的工作人员,能够达到报警救火、及时保护人们生命财产安全的目的。系统应用设计以STC89C52单片机作为核心控制器,采用传感器技术和无线信号传输技术实现了景区火灾的报警功能。系统具体由火灾检测、信号处理、无线通信、报警显示等主要模块组成。演示结果为:当主机和从机都打开电源,从机上火焰传感器的探头就开始检测环境是否着火,如果着火就通过单片机的处理让JDY-40无线模块给主机发送火灾信号,主机接收信号后则使蜂鸣器响,并在电子屏上显示发生火灾的景区地址,这个过程就完成了报警。系统安装、调适、运行与后续检修方便,性价比较高。

基于红外传感器和图像识别的复合式火焰检测技术研究

鉴于传统火焰探测系统误报率高、易受干扰等问题,提出了一种综合应用热释电红外火焰识别和火焰图像识别技术的火焰探测解决方案。基于火焰探测原理,详细阐述了系统硬件设计,包括系统整体构成和硬件电路的功能分析。根据系统硬件设计方案,进行了系统信号处理设计,包括红外模块识别算法和图像视觉识别算法的开发。基于LabVIEW平台构建分布式火焰测控系统及上位机。通过火焰识别和识别抗干扰两种类型的实验,验证了整个系统在远距离探测、高速识别以及高可靠性方面的卓越性能。

多波段复合型火焰探测器设计

针对目前火焰探测器存在的抗干扰能力较弱、响应速度慢等问题,设计了一款多波段复合型火焰探测器。该系统由三波段红外和单波段紫外共四波段组成,可同时编写相应的火焰检测算法,与传统的火焰探测器相比,具有更强的抗干扰能力。实验表明:该设备在15m内可快速、准确地检测火焰,能有效区分真假火,误报率低,响应时间小于3s,具有较强的实用性。

二维导电纳米材料在聚合物燃烧预警及阻燃应用中的研究进展

石墨烯、MXene等二维导电纳米材料由于具有独特的结构和导电性,在火灾预警和阻燃领域展现出优异的性能和广阔的应用前景。聚合物及其复合材料的广泛应用带来了一定的安全隐患和火灾风险。但传统火灾报警器难以在未见明火的预燃阶段及时发出警报信号,进而导致救援人员错失最佳救援时间,因此火灾的早期预警对保护人身安全和财产具有重要意义。广大科研工作者分别从绿色、环保、舒适、消防安全等角度出发,致力于提高材料的阻燃性、灵敏度以及响应时间。本文综述了近年来预警阻燃涂层的响应机制及研究现状,介绍了以石墨烯、MXene二维导电纳米材料为主的预警阻燃涂层的制备方法、预警阻燃机制及性能改进策略,总结了目前研究工作中仍旧存在的不足以及未来的发展方向,能够为阻燃预警相关工作的开展提供参考。

基于红紫外光电传感器的多波段火焰探测方法研究

针对不同火灾发生场景对火焰探测的要求,建立具有火灾特征的火灾探测模型,对多波段红紫外传感器火焰探测机理、多特征数据融合算法和火灾决策判断方法进行研究。选择185~260 nm波段的紫外光电传感器和3.6、4.4、4.8μm波段的红外光电传感器进行火焰探测,采集火焰特征信号数据信息;采用多信号数据融合和特征参数相关性算法,建立多波段火灾特征的火灾探测数学模型,模拟火灾发生场景,训练有关特征参数的最佳配置。研究结果表明,对185~260 nm波段的紫外光和3.6、4.4、4.8μm波段的红外光进行多波段火焰探测,能够满足标准GB 15631-2008《特种火灾探测器》的要求,火焰的识别和决策判断能力提高,试验中无误报和漏报。

基于离子电流的阻火器性能测试火焰传感器研究

在阻火器性能测试中,通常会在管道上安装多组火焰传感器监测火焰的到达时刻,并以此计算得出火焰在管道中的传播速度。由于常用的光学传感器存在易误报、易积碳、稳定性差等问题,为保证火焰速度求解的准确性,设计研究了一种基于离子电流的火焰传感器。通过试验对比,确定了当传感器的测量电极材料为铬锆铜、电极间距2 mm、电极长度25 mm、激励电压为36 V时,传感器可以可靠地计算得出阻火器性能测试时的平均火焰传播速度。

热阻型氧化石墨烯基火灾早期预警传感器的研究进展

火灾事故的频发带来了众多危害。常见的商业火灾预警器存在预警响应速度较慢、易损坏等弊端,因而新型火灾早期预警传感器的研发与制备必不可少。近年来,基于氧化石墨烯(GO)在高温或火焰条件下的热还原所引起的电阻变化而实现的新型火灾早期预警传感器引起了广泛的关注。本文对近年来国内外针对热阻型GO基火灾早期预警传感器的研究进展进行了综述。首先,简述了GO基火灾早期预警传感器的工作原理;然后,以GO基材料的制备方法及GO在材料中的分布作为分类依据,从含GO本体材料与GO涂层类材料两大类详细介绍了GO基火灾预警传感器的发展历程与研究现状。此外,还结合热阻型GO基火灾早期预警传感器的特殊性能,介绍了当下其在不同需求与不同场所中的实际应用;最后,对目前GO基火灾早期预警传感器的研究结论进行了总结,并对其研究前景进行了展望。

四波段红紫外火焰探测系统设计

针对当前烟感、温感,以及单一紫红外火焰探测器无法满足响应速度快、抗干扰能力强且具有良好环境适应性的需求,设计了一种红紫外复合型火焰探测系统。采用三波段热释电红外传感和紫外光电管复合探测技术,扩大了系统对火焰辐射光谱的探测范围,增强了系统的可靠性;设计针对该系统的红紫外探测算法,提高了系统的抗干扰能力和响应速度;采用红外遥控方式以调节系统的灵敏度,增强了系统的环境适应能力。实验表明,该探测系统可靠性高、误报率低,探测距离可达30m,响应时间小于3.68s。以期对喷漆车间、化石工厂、易燃品存储仓库等场所的消防应用具有重要意义。

多波段红外光学火焰探测器的设计研究

针对现有的紫外光学火焰探测器探测距离短,单红外光学火焰探测器抗干扰能力差等缺点,设计了一种多波段红外光学火焰探测器。利用高集成度的四通道红外传感器作为探测器件,结合火焰识别算法和温度补偿算法,实现了在3m处标准火盆火的识别。同时,为了贴合实际应用,进行了污染检测设计和防误报算法设计,具有更好的环境适应性,能够有效地排除太阳光、日光灯、闪光灯、热风枪、浴霸等光源的干扰,具有探测距离远,抗干扰能力强,环境适应性好,响应速度快的优势。

基于红外火焰传感器和最小二乘法的灭火机器人

设计是基于红外火焰传感器和最小二乘法的灭火机器人,可以比较准确地定位着火点并进行灭火。系统硬件以STC12C5A为核心,在传统避障机器人的基础上加上了红外火焰传感器模块和灭火模块。在软件上采用最小二乘法进行曲线拟合,得到AD值和距离的转换模型,再通过比较各方向的传感器的数据,确定火焰的位置。最后将机械臂移动到着火点,控制喷水泵进行灭火。实验表明:系统能稳定运行,具有很好的通用性和推广前景。

柴油机缸内壁面热边界层的测量及燃烧火焰影响的试验研究

为了研究柴油机缸内燃烧火焰对壁面热边界层的影响,根据光学原理,研制开发了贯穿式火焰温度传感器,并进行了实际测量及初步研究。试验及分析表明:贯穿式光纤传感器可以移动地测量缸内沿壁面法线方向任一位置处的火焰温度,较好地用于研究柴油机气缸内燃烧火焰对缸内壁面热边界层的影响。

一种基于多传感器信息融合的火灾探测系统

根据火灾的特征与燃烧产物,设计了一种基于多传感器信息融合的火灾探测系统。该系统以DSP TMS320LF2407A为处理器,包括一氧化碳传感器模块、温度传感器模块和紫外火焰传感器模块。紫外火焰传感器可以很好地区分闪燃火和阴燃火,一氧化碳传感器和温度传感器能够对闪燃火和阴燃火产生不同的反应,因此系统采用两种不同的算法来探测闪燃火和阴燃火。该火灾探测系统在燃烧室中通过了实验验证。实验表明,该火灾探测系统比通用的感烟型探测器具有更快的探测速度和准确度,且不会在常见干扰源的干扰下产生误报警。

沿墙走算法在竞赛灭火机器人中的应用

设计了一款自动寻找火源并进行灭火的机器人。以Makeblock推出的Me Auriga为主控板,Me Auriga是以Arduino Mega 2560为核心的控制板,运用了火焰传感器、超声波传感器、舵机以及风扇进行了设计组装,采用Arduino IDE开发环境进行编程。通过超声波传感器测距,运用左右手法则实现了机器人自动沿墙走,使用火焰传感器感测火源。程序设计中对避障转弯、沿墙走、寻找火源进行了优先级处理。实验表明:该机器人在服务机器人比赛中能够流畅沿墙寻找火源,并成功灭火。

基于微束等离子弧的焊缝跟踪

进行了基于微束等离子弧的焊缝跟踪传感可行性研究。利用微束等离子弧发生器产生非转移等离子弧,测量喷嘴与工件之间的等离子焰流的等效电阻,试验发现,该等效电阻与喷嘴距工件的高度之间有明确的对应关系,配合适当的扫描装置,可实现焊缝位置检测功能。进行了维弧电流、喷嘴结构、电极直径、离子气流量等参数对该等效电阻的影响试验,为这种传感方式在实际应用中的各参数选择,提供了试验依据。

一种新型的综合电气火灾报警系统研究

为了减小电器火灾给人们的生命财产带来的损失,需要有效的电气火灾报警系统;提出了一种新型的综合电气火灾报警系统,该系统以51单片机作为核心处理芯片,利用温度传感器和红外火焰传感器协同监测环境状况;同时,系统利用了步进电机不断调整传感器的探测方位,消除了系统监测的死角,实现了全方位、高灵敏度火灾预警;该系统具有抗干扰能力强,灵敏度较高,实时性好、成本低等优点,满足火灾易发区的火灾报警需求;实验结果表明,该系统实现了对各种电器火灾的实时监测,检测灵敏度及准确率高,对预防火灾和消防救援具有重要的意义。

基于紫红外传感器的火焰探测系统设计与实现

针对传统的感烟、感温、感光型火焰探测器的误报率高,响应时间长的特点,研制了一种联合使用紫外和红外传感器的火焰探测系统。该系统利用紫外传感器探测火焰辐射出的处在日盲区波段的紫外光谱,同时使用红外传感器探测火焰辐射出的4.4μm波段的红外光谱,并结合快速傅里叶变换(FFT)提取火焰闪烁频率的方法来识别火焰。实验表明,该方法有效地降低系统误报率和漏报率,响应时间小于1 s,探测距离达到5 m,对于粮仓、易燃物品存放地的消防应用有着重要的意义。

可燃元器件耐温时间新型测试装置的研制

针对可燃元器件的特点,提出了适用于速射火炮用可燃元器件耐温时间测试方法,并研制了测试装置样机;通过采用光电倍增管配合光纤进行火焰检测,以及红外发射、接收管配合光纤检测烟雾,作为一种测定可燃元器件膛内耐温时间方法;经试验测试,该测试装置能有效测试烟雾和火焰信号;该装置也能应用于其他非金属材料的耐温特性测试。

采用火焰传感器的高速抑爆响应系统测试研究

为实现主动抑制瓦斯爆炸,研制了高速抑爆响应系统。选用尺寸为150mm×150mm×1600mm的有机玻璃管道,在CH4体积分数为9.5%的条件下进行响应系统测试实验。系统采用火焰传感器进行爆炸火焰探测,通过所设计的程序自主判定瓦斯爆炸的发生并输出控制电信号,以继电器或MOS管为电路控制开关,通过电磁阀控制抑爆剂的喷出。实验结果表明,火焰传感器探测、信号采集、爆炸判断、输出电信号的总平均耗时为22ms,抑爆剂开始释放的平均时刻为59.8ms,抑爆剂释放到管道顶端的平均时刻为79.8ms。而爆炸火焰传播到达喷头所在1.0m处平均时刻为176.2ms。实验表明该系统具有高速主动抑爆响应功能和良好的稳定性、可靠性。