1.一种辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：包括配气部分、加热段、加热通风管道、辐射源和控制箱；配气部分和辐射源通过通风管道相连，配气部分位于通风管道前部，辐射源位于通风管道后部，在辐射源上部的通风管道内设有第一气体整流器；在辐射源下部的通风管道底部设有用于放置样件的样件开口，在样件开口下部放置有样件盒支架，在样件盒支架下部放有电子天平，上部放置有样件盒，样件放在样件盒内，并且在样件开口对应的通风管道前后均开有透明的观察窗，用于查看实验状态；在样件盒的右上方设有电火花点火器，电火花点火器与控制箱相连；

控制箱内装设有第一温控器、第二温控器和变频器，在控制箱箱体上设有电火花点火器开关、气流加热开关和辐射源开关；控制箱上的第一温控器控制加热段，第二温控器控制辐射源；

通风管道上设有加热段，在加热段前为冷风管，加热段后为热风管；热风管包括横向的下热风管和成“几”形的上热风管；下热风管和上热风管的外表面均包裹有石棉隔热层；热风管的气流转向处均采用圆角弯头以减小风阻；

在下热风管内还设有第二气体整流器，第二气体整流器位于辐射源之前；所述第二气体整流器采用蜂窝整流器；

第一气体整流器采用水平蜂窝整流器，第二气体整流器采用竖直蜂窝整流器；第一气体整流器和第二气体整流器的外部尺寸与所处热风管内部尺寸一致；

在冷风管的端部开有风管门，风管门内侧有橡胶垫圈保证气密性；冷风管前部内安装有风机，风机通过控制箱上的变频器控制转速；冷风管的前部为空心管，冷风管的后部为一段渐缩管；冷风管的材料与热风管相同，冷风管外不设保温层；

配气部分设置在风机的左方，所述配气部分包括并联的2个储气瓶，2个储气瓶分别是氮气瓶和氧气瓶；储气瓶分别通过减压阀和流量控制阀连接在干管的进口端，形成支管；减压阀将高压气瓶储气瓶中压缩气体减压至接近常压，但略带正压以保证气体流向，流量控制阀用于体积流量控制；两根支管汇聚后与干管相连；干管的出气端与冷风管相连；在干管与流量控制阀之间还设有体积流量计以控制目标流量；

加热段由设置在加热段管道框架内的100根直径为3mm的竖直镍铬加热丝组成，镍铬加热丝为镍铬加热线圈，镍铬丝加热线圈的外径为1cm；垂直于气流方向布有10根镍铬加热丝，每根镍铬加热丝外径间距1cm，最外侧镍铬加热丝距离风管内壁0.5cm；沿气流方向共有

10层同样布局的镍铬加热丝，每层距离2cm；加热段管道壁厚8mm，加热段管道内壁覆盖有

1mm厚耐高温电绝缘陶瓷涂层，框架内侧与加热丝之间填充5mm厚石棉隔热层；所有镍铬加热丝并联连接，镍铬加热丝的端部通过导线相连；

在加热段的镍铬加热丝中部设有第二电绝缘热电偶，第二电绝缘热电偶通过加热段管道框架上方直径为1.2mm的第二热电偶孔连接至控制箱上的第一温控器；加热段由第一温控器和气流加热开关控制；当气流加热开关打开时，加热段加热功率由第一温控器控制；当气流加热开关关闭，加热段电源断开，第一温控器失去对加热段的控制；

辐射源具有加热源本体和辐射源电源，所述加热源本体为中空无盖的正方体，加热源本体的外部框架采用不锈钢框架，在加热源本体内壁和外壁均设置有耐高温电绝缘陶瓷涂层；在加热源本体相对的两侧壁上各开有均匀分布的6个发热丝安装孔，所述发热丝安装孔设置在同一条直线上；6根发热丝的两端穿过发热丝安装孔，固定在加热源本体的侧壁上；

发热丝位于加热源本体的加热面上，在加热源本体内盘成外径2cm的螺旋形加热圈，从而能加大加热面积并提供均匀的辐射热流；在加热源本体内壁与发热丝之间填充有石棉纤维隔热层；所有加热圈处于同一水平面，每根加热圈的中心轴线相距3cm，最外侧两条加热圈的中心轴线距加热源本体内壁2.5cm；加热圈底部与加热源本体下表面在同一水平面，即形成辐射面；发热丝之间采用串联方式连接，以保证电流一致和辐射热流均匀；

在第2、4、6根发热丝中部各设有一个电绝缘热电偶，用于测量加热圈中点顶表面实时温度，电绝缘热电偶通过不锈钢框架两侧开设的直径为1.2mm的热电偶孔连接至控制箱，由控制箱上的第二温控器根据电绝缘热电偶的平均温度及第二温控器的设定值动态调节辐射源加热功率直至最终达到稳定目标值；控制箱的辐射源开关与辐射源相连。

2.根据权利要求1所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：在热风管中共设置5个插板，在热风管上的插板开关处设置有插板开口；在热风管内部对应插板开口部分设有插板槽，用于固定插入的插板；

5个插板分别为第一插板、第二插板、第三插板、第四插板和第五插板，其中第一插板和第四插板分别位于上热风管和下热风管的左边和右边连接处；第二插板位于第二气体整流器之前；第三插板位于第二气体整流器和样件开口之间；第五插板水平插在辐射源下方的样件开口上；第一插板、第二插板、第三插板和第四插板用于控制热气流流向，第五插板用于实验准备过程中隔离样件与热气流及辐射源，防止样件提前受热；第五插板沿水平气流方向放置，第五插板上表面有一层5mm厚石棉隔热层；第五插板处无插板槽，关闭时第五插板两侧搭在热风管内壁且下表面与热风管内壁平齐；插板均为手动控制，从热风管上的插板开口处插入插板，插板处于关闭状态；抽出插板，插板处于打开状态；插板不得完全抽离热风管，保留一小部分以密封热风管上的插板开口，保证气密性的同时又不影响热风管内热气流的流动。

3.根据权利要求2所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：所述插板开口宽6mm，长20cm；所述插板槽高8mm，插板槽的上下壁的间距为6mm，使得插板与插板槽良好接触以保证气密性；第一插板、第二插板、第三插板和第四插板宽20cm，长度满足能够封闭风管且方便抽取的要求；第五插板沿水平气流方向放置，长25cm，宽度与热风管内表面宽度相同，即20cm。

4. 根据权利要求1所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：所述电火花点火器的2个直径为2mm的电极间距为1.5 mm；电火花点火器位于样件右方5mm，高于样件5mm；电火花点火器固定在一根中空垂直杆上以方便电线连接，垂直杆底部固定连接在通风管道的下表面。

5.根据权利要求1所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：所述样件开口尺寸为20cm×20cm；所述观察窗采用20cm×9cm，厚5mm的耐高温透明石英玻璃观察窗，安全工作温度<1200℃，最高耐热1500℃，观察窗的内壁与通风管道内壁平齐，且与通风管道连接处做耐高温密封处理。

6.根据权利要求1所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：横向水平的下热风管内部尺寸20cm宽和10cm高，上热风管的内部截面为边长20cm的正方形；

风管门的直径为38cm，冷风管的前部空心管内径38cm、长1m，渐缩管的长度为30cm；所述第一气体整流器和第二气体整流器为不锈钢材质，长度均为20cm，六边形孔边长为5mm，壁厚

1mm；

所述发热丝采用直径8 mm的镍铬丝；在发热丝的两端与发热丝安装孔的内侧之间用厚度为2mm的陶瓷圈隔开，使得发热丝不直接接触安装孔；相邻两根发热丝伸出加热源本体的端部采用直径为8mm的铜芯导线连接，铜芯导线表面设有2mm耐高温绝缘层；

加热源本体壁厚3cm，作为外部框架的不锈钢框架采用5mm厚310号不锈钢；所述耐高温电绝缘陶瓷涂层的厚度为1mm，连续使用温度为1150℃；所述石棉纤维隔热层的厚度为5mm，石棉纤维导热系数0.132W/(mK)，电绝缘，辐射源有效辐射面积为20cm×20cm；所述发热丝安装孔的内径为12mm。

7.权利要求1所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统的测试方法，其特征在于，进行测试时，首先进行热气流气氛、温度及速度场测定，测定过程中抽出第五插板，在第五插板处放置第一陶瓷纤维板，通过气体分析仪进行热气流气氛测定，风速仪进行风温和风速测定；

热气流气氛、温度及速度场测定的方法，包括如下步骤：

1）关闭第一插板、第三插板和第四插板，打开第二插板，打开风机，气流水平方向流动；

2）标定气流气氛以实现目标氧气浓度；

3）根据步骤2）设置好所需气流，同时记录三测点，保证气流均匀的氧气体积浓度，调节配气系统中氮气和氧气的流量得到目标气氛气流；

4）当5分钟内氧体积浓度数据变化不超过±1%则认为气流气氛稳定；

5）标定气流温度和风速；打开气体加热段电源，同时记录三测点的风速和温度数据，调节风机和气加热段功率得到目标速度和温度的气流；

6）当10分钟内的风速数据变化不超过±0.1m/s，且温度数据变化不超过±3℃则认为气流稳定；

所述第一陶瓷纤维板的尺寸为20cm×20cm×2cm，第一陶瓷纤维板中心及向两观察窗偏离7cm的位置处开三个2cm直径的圆孔以测定气流气氛、速度和温度。

8.根据权利要求7所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统的测试方法，其特征在于，进行热流标定及对流换热系数测定时，采用第三陶瓷纤维板作为挡板，第三陶瓷纤维板的尺寸为20cm×20cm×2cm，挡板的正中心有一直径2.5cm的热流计孔；在辐射源正下方风管开口处放置挡板和热流计，使得挡板、热流计上表面和风管内壁三者平齐；热流计带有可拆卸蓝宝石窗口；

热流标定及对流换热系数测定方法，包括如下步骤：

1）标定辐射源的热流；盖上热流计辐射接收靶上方的蓝宝石玻璃窗，固定好热流计，打

2

开辐射源电源，调节第二温控器得到目标热流，热流数据变化不超过±0.3kW/m 则认为热流稳定,记录下温控器的设定参数；

2）标定总热流；在步骤1）辐射热流标定完成后，关闭辐射源，打开风机和气流加热器，参照步骤1）的方法标定热气流气氛、速度和温度；

3）抽出辐射源下开口处第五插板，换上装有热流计的挡板，打开辐射源电源，按照辐射源热流标定时得到的温控器参数设定温控器，待热流稳定后测定总热流q总，q总=辐射热流q辐射+对流热流q对流；

随后根据两次测量差值计算对流热流，q对流=q总‑q辐射；

再根据对流换热公式q对流=h(T‑T0)计算得到对流换热系数h，其中T为热气流温度，T0为热流计冷却水的温度；此步骤中热流数据采集频率均为1Hz。

9.根据权利要求8所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统的测试方法，其特征在于，测试方法包括如下步骤：

1）标定热气流气氛、温度和速度以及热流和对流换热系数后，关闭第五插板，放置样件及样件盒，调节样件盒支架高度使得样件、样件盒以及风管内壁平齐；由于实验准备过程中样件上表面与第五插板的下表面直接接触，所以应避免第五插板温度升高加热样件；

2）打开第五插板并同时打开电脑端的数据采集程序开始实验，数据采集程序记录实验时间和样件实时温度数据或质量数据；

在实验过程中通过观察窗观察样件热解现象，当样件表面出现可见稳定火焰后停止数据采集程序，终止实验，关闭第五插板；若在低氧气浓度下900秒内没出现着火则认为此工况下不能着火；

3）将样件温度或质量测定进行三次以上重复实验，多次实验所测参数平均值即为可燃物热解着火过程中所测目标参数。

10.根据权利要求9所述的辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统的测试方法，其特征在于，所述样件盒包括内盒和外盒，内盒为第二陶瓷纤维板，内盒上表面设有与样件尺寸一致的凹槽，用于放置待测样件；陶瓷纤维板制成的内盒外为1mm厚不锈钢外盒，外盒下表面一边中间处设有手柄；在样件外盒一侧中点处距离下表面1cm高的位置加工1mm直径的热电偶孔；样件盒下方为样件盒支架；样件盒支架由两块面包板及旋转轴、手轮组成；两块面包板中的一块作为底座放置在电子天平上；通过旋转手轮能使升降台的上板调节至所需的高度，最终实现样件上表面与风管内壁平齐，不锈钢外盒四周与风管贴合。