1 范围

      GB/T 5169的本部分提供了小尺寸试验火焰的一般特性及基于铜块量热的相关确认试验，并且确定了相关动力学的理论模型。本部分为确认试验设计中关键参数的选择提供了指导，并为确认试验的其他性能参数的确定建立了理论依据，使确认试验加热曲线能进行精确及绝对的数学描述。

2 规范性引用文件

      下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

      ISO/IEC 13943：2000 消防安全 词汇（Firc safety Vocabulary）

3 术语和定义

      ISO/IEC 13943：2000界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

      铜块热含量 copper block heat content

      理论上的所有吸收或者释放的热能，仅与试验铜块的温度、质量及铜的比热容有关。

3.2

      确认试验 confirmatory test

      用来判断试验火焰、燃烧器或相关硬件是否正常工作的热量测量程序。

3.3

      火焰稳定器 flame stabilizer

      组件通常安装在标准实验室本生灯或提利灯顶部，通过在流速较快的燃烧气和周围静止空气之间产生一层中间速度的气体中间层，来缓解由于燃烧气和周围空气产生紊流而导致的失稳效应。

4 试验火焰，燃烧器类型和动力学

4.1 通用动力学

      火焰由可进行化学放热反应的氧化剂（以氧气或空气混合物为代表）和还原剂或燃料（以燃料气体或蒸汽为代表）的气态混合物产生。对于标准试验火焰，则由合适的装置把可燃性物质转化为所需的气态反应物并输出为持续气流，以获得所需标准火焰。

4.2 扩散火焰及燃烧器

      扩散火焰是在装置的逸出口处由一种单纯的燃气流与空气混合时燃烧而产生的。扩散火焰的优点是装置简单（通常是简单的燃烧管），且能较好的模拟可能在设备中产生的真实火焰；缺点是几何形状不稳定。

4.3 预混合火焰及燃烧器

      预混合火焰是将达到燃点前的燃料气体与一部分助燃气体在燃烧管端部混合产生的。其余助燃气体则以类似的方式供给扩散火焰。最终形成的火焰具有锥形内焰，颜色常为浅蓝色，由含有过量燃料气体的预混合气体与空气混合物组成；锥形外焰，颜色常为稍深的蓝色，需要额外的空气扩散进入火焰上部维持。锥形内焰温度低得多且具有化学还原性，而锥形外焰则温度高得多且更具氧化性。

      有时在逸出口处安装了火焰稳定装置，通过在速度较快的中央主气流和周围静止空气之间的界面上提供一层速度较慢的预混合气体，以减缓中央主气流及周围空气之间的速率梯度，提高火焰稳定性并防止火焰偏离燃烧器顶端。预混合气体由燃烧管上端的限流孔进入稳定火焰。预混合火焰的优点是效率更高，火焰温度更高，并且可以调节助燃气体和燃料气体的比例，但所需装置比扩散火焰所使用的装置更复杂。在预混合燃烧器中，助燃气体既可以直接计量供给，也可以通过可具有文丘里效应的开关阀调节供给。

4.3.1 可度量的空气预混合燃烧器

      本设计用来控制空气及燃气的量度。其原理是让气体以特定流速和背压通过特定装置。空气的计量一般都有额外管路来实现，但仍需限制性的燃料气体孔穴以产生高速气流，达到更好的混合效果。如果既有空气计量管路也有燃气计量管路，则能够更好的控制最终产生的标准火焰。

4.3.2 文丘里（Venturi）空气预混合燃烧器

      在传统装置比如本生灯和提利灯中，空气利用从限制性孔中出来的高速燃料气体流冲击可调节阀门产生的文丘里（Venturi）效应而排出。燃气出口大小可以是固定的也可以是通过锥形针调节的。因此，气体流量、背压以及空气阀门的调节显得特别重要。此种燃烧装置由于缺少空气管路，零部件较少，因此与计量空气混合燃烧装置相比一般比较简单，而且设计时体积也可以做的较小。

      此类装置操作简单，在燃气出口可调节的情况下可以利用同一装置产生一系列尺寸的火焰，不过这些火焰一致性较差，不适合用来进行测试。

4.4 燃料气体

      单一组分化合物如甲烷、丙烷或丁烷，一般规定甲烷和丙烷的纯度不小于98％，或者丁烷的纯度不小于95％，然而同等性能的混合物也可能合适。实验室等级的纯度则越高越好。

5 确认试验装置

5.1 导则

      铜块量热试验是将标准形状的铜块置于试验火焰中，记录时间/热特性曲线，以此表征试验铜块吸收热量的速率。测得的温度随时间的上升速率与铜块净热焓的上升速率成正比，与铜块热容成反比。铜块净热焓随时间而变化是受对流、传导和辐射影响的结果。

5.2 程序和装置布置

      火焰应调节到最优状态，并在空气无强制通风的环境中进行试验。将铜块置于火焰中，记录下铜块温度上升并超过指定范围所需的时间。

5.3 热电偶

      热电偶应能工作于预计可能产生的最高温度。它应足够小以免影响铜块的热容量，还应有足够的强度以便挂住铜块。并且，热电偶应能经受住试验过程中，铜块正上方处火焰的极高温度。热电偶联结点应插入在铜块中央特定位置钻好的规定深度的孔中。鉴于在其他方法中曾出现过与热电偶安装相关的问题，建议通过用锤尖轻敲热电偶周围的铜块以使二者紧密相连，安装过程要小心以免损坏。

5.4 铜块材料

      铜块材料（电解铜）的识别号为Cu-ETP UNS C11000。这种电工级铜材料已被发现具有下述基本特征：

      a）熔点远高于试验中可能产生的最高温度；

      b）热扩散率高；

      c）有明确的化学物质，易获得品质等级的金属元素；

      d）易加工。

5.5 铜块质量

      铜块质量通过材料的热容直接影响测试时间的范围，因此在确定合适时间范围时，应把铜块质量的选择作为主要考虑因素。

5.6 铜块形状

      铜块形状应尽量简单，易于规定和适合实际制作。铜块的尺寸和外形应被设计成对火焰的影响最小，并能被特定的火焰区域完全包围。

5.7 铜块位置

      铜块应在试验开始前用热电偶丝悬挂在燃烧装置上方的规定位置，使其位于火焰中央并能被火焰的高温部分完全包覆。对于喷嘴横截面为圆形的预混合火焰，一般来说铜块最好刚好放在内焰上方并完全处于外焰内部；对于线形火焰，铜块则需要放在特定位置以确保和火焰的高温部分完全接触（如图1所示）。

6 确认试验程序

6.1 测试温度范围

      铜块通过对流和传导组合作用获得热量，又以热辐射方式流失热量（见第7章）。热辐射效应与铜块绝对温度的四次方成正比，且很大程度上取决于铜块表面辐射系数。为消除因铜块表面辐射系数变化导致的不确定性，建议将最高试验温度限制在辐射为最小时的水平，但也要足够高以得到合适的测试时间。目前得出合适的试验温度范围为100℃～700℃。

6.2 试验时间范围

      试验时间的范围应适用于有意义的记录。试验时间范围可通过选择铜块质量及最高试验温度来确定。在可能的情况下，建议使试验时间范围保持在30s～90s之内。

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