CN102385812A

CN102385812A - 一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置

Info

Publication number: CN102385812A
Application number: CN2011103706041A
Authority: CN
Inventors: 宗若雯
Original assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Current assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明涉及一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置，包括长宽比和长高比均为 10~8:1 且底面的一端部设有火发生装置的模拟仓、设置在模拟仓一侧面上的第一和第二热电偶单元、集烟系统，以及用于采集模拟仓中的温度和烟气信息并进行数据分析的计算机控制系统；其中，第一热电偶单元包括在靠近仓顶的位置沿模拟仓的长度方向水平排列的多根热电偶，第二热电偶单元包括沿模拟仓的高度方向从上到下逐渐疏松排列的多根热电偶。本发明首次建立了一套研究地下狭长受限空间轰燃机理的火灾实验模拟装置，该装置具有完备的温度测量系统和集烟系统，结构设置合理，实验准确性高。

Description

一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置

技术领域

本发明属于火灾安全实验设备技术领域，具体涉及一种狭长受限空间内火灾蔓延和轰燃演变机理的实验模拟装置。

背景技术

近年来，随着世界经济的快速发展和城市化进程的不断加快, 很多国家已经把地下空间的开发利用作为解决城市土地、人口和环境危机、节约资源、走可持续城市化发展道路的重要措施。

然而相比地面建筑，地下空间有着诸多安全隐患：空间相对狭小、人员安全出口数量少、自然通风条件差、难以实现天然采光等。因此，当地下空间内部产生灾害时,所造成的危害将远远超过地面同类灾害。而地下空间内火灾事故又几乎占了总数的1/3 ,是地下空间中发生灾害次数最多,损失最为严重的一种灾害。

地下空间属于典型的受限空间建筑，一般分为狭长的坑道式建筑和大空间的容积式建筑。其中，坑道式建筑又称为地下狭长受限空间。而火灾根据其发生地点的空间特性，可以分为开放空间的火灾和受限空间的火灾。受限空间火灾有一个典型的发展过程，即突跃过程，往往被称为轰燃现象。轰燃发生时，火灾向整个空间快速蔓延，使得整个腔室或受限空间陷于火海，所有可燃物表面都开始燃烧；室内燃烧由燃料控制向通风控制转变；在室内顶棚下方积聚的未燃气体或蒸汽突然着火而造成火焰迅速扩散。轰燃往往是造成严重群死群伤的重要原因。轰燃作为火灾发展过程中强度迅速增大的一个演变过程，是火灾科学和消防工程中备受关注的重要现象。

然而，地下狭长空间由于其结构的特殊性，火灾的发展和轰燃的演化规律不同与普通的受限空间，前人的研究中多针对长宽比相当的普通腔室开展轰燃研究，而针对地下狭长受限空间的轰燃研究并不多见。Thomas和Bennetts分别利用1.5m×0.6m×0.6m和8 m×2m×0.6 m的小尺度狭长空间实验台模拟了轰燃过程，并比较了不同开口位置对窜出的火焰温度的影响。德国的研究机构STUVA对城市公路隧道、轨道交通隧道的防火保护进行了研究，在实验中发现地下狭长空间内的重型货车火灾会在7至10分钟内达到轰燃状态。Chow教授等人对巴士引发的狭长受限空间火灾中的轰燃现象进行了理论研究，基于双区域模型推到了经验公式。

然而，地下狭长空间由于其建筑结构和功能的特殊性，使得以往的理论模型、实验数据和数值计算的结果仍然不能够充分解释和分析其火灾过程中的轰燃现象，因此开展地下狭长受限空间的火灾发展过程和轰燃演化机理的研究是有重要意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置，以便于研究狭长受限空间内火灾蔓延和轰燃演变的机理。

本发明采取以下技术方案：

一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置，包括：

模拟仓，其为长方体形；所述模拟仓的长宽比为10~8:1，长高比为10~8:1；模拟仓的长和宽所在的两个面中，一个为顶面，另一个为底面；模拟仓的长和高所在的两个面为模拟仓的侧面，模拟仓的宽和高所在的两个面为模拟仓的端面；所述模拟仓的顶面设置有多个排烟口，所述模拟仓底面的一端部设置了火发生装置；

第一热电偶单元，其设置在所述模拟仓的一个侧面上，包括在靠近所述侧面顶端的位置沿模拟仓的长度方向水平排列的多根热电偶，该多根热电偶中靠近火发生装置的一部分构成近火端热电偶组，其余部分构成远火端热电偶组，且所述近火端热电偶组的热电偶排列比远火端热电偶组的热电偶排列更紧密；

第二热电偶单元，其与所述第一热电偶单元设置在同一个侧面上，包括沿模拟仓的高度方向竖直排列的多根热电偶，该多根热电偶的排列从上到下逐渐疏松；所述第二热电偶单元有多个，该多个第二热电偶单元在模拟仓的长度方向上均匀分布；

集烟系统，包括多条与所述排烟口相连通的集烟管和一个与所述模拟仓的相距所述火发生装置较远的端面相连通的集烟罩；

计算机控制系统，其包括用于采集模拟仓中的温度和烟气信息的信息采集模块，以及用于对所采集的温度和烟气信息进行分析的数据分析模块。

优选地，所述模拟仓的仓壁由钢质外壁和贴设于所述钢制外壁内侧的石英内壁构成。

进一步地，所述钢制外壁的厚度与所述石英内壁厚度的比值为1:5~10。

优选地，所述近火端热电偶组与所述远火端热电偶组在模拟仓的长度方向上所占的距离比值为1:2~4。

优选地，所述模拟仓的与所述第一热电偶单元和第二热电偶单元所在侧面相对的侧面上设置了多个用防火玻璃制成的观察窗。

优选地，所述模拟仓的两个端面均设置了端盖。

优选地，所述火灾实验模拟装置还包括设置在模拟仓底部、用于支撑所述模拟仓的多个支撑腿。

进一步地，为便于移动本发明装置，在所述支撑腿的底部安装了轮滑机构。

通过以上技术方案的实施，使本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明首次建立了一套研究地下狭长受限空间轰燃机理的火灾实验模拟装置，该装置具有完备的温度测量系统和集烟系统，结构设置合理，实验准确性高。

附图说明

下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步详细的说明：

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置的俯视结构示意图；

图3为本发明装置框壁的截面剖视示意图；

图4为本发明装置的热电偶整体排布示意图；

图5为本发明装置的热电偶纵向排布示意图；

其中：1、模拟仓；2、排烟口；3、火发生装置；4、第二热电偶单元；5、近火端热电偶组；6、远火端热电偶组；7、集烟罩；8、观察窗；9、端盖；10、钢制外壁；11、石英内壁；12、支撑腿。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。

实施例

参见图1至5，本实施例的火灾实验模拟装置主要是用于在10：1的小尺寸空间中研究轰燃的发生、发展规律，以及影响轰燃的条件，具体包括：

模拟仓1，其为长方体形；所述模拟仓1的长宽比和长高比均为10:1，具体地，长为5米，宽和高为0.5米；模拟仓1的长和宽所在的两个面中，一个为顶面，另一个为底面；模拟仓1的长和高所在的两个面为侧面，模拟仓1的宽和高所在的两个面为端面；其中，模拟仓1在顶面设置有4个在模拟仓1的长度方向上均匀分布的排烟口2，且排烟口2可以根据实验设计的需要手动开启或关闭；另外，模拟仓1在底面的一端部设置了火发生装置3；

第一热电偶单元，其设置在模拟仓1的一个侧面上，包括在靠近所述侧面顶端的位置沿模拟仓1的长度方向水平排列的多根热电偶，该多根热电偶中靠近火发生装置3的一部分构成近火端热电偶组5，其余部分构成远火端热电偶组6，且所述近火端热电偶组5的热电偶排列比远火端热电偶组6的热电偶排列更紧密；

第二热电偶单元4，其与第一热电偶单元设置在同一个侧面上，包括沿模拟仓1的高度方向竖直排列的多根热电偶，该多根热电偶的排列从上到下逐渐疏松；本实施例中，第二热电偶单元4设置了五个，且该五个第二热电偶单元4在模拟仓1的长度方向上均匀分布；

集烟系统，包括多条与所述排烟口2相连通的集烟管和一个与所述模拟仓1的相距所述火发生装置3较远的端面相连通的集烟罩7；

计算机控制系统，其包括用于采集模拟仓1中的温度和烟气信息的信息采集模块，以及用于对所采集的温度和烟气信息进行分析的数据分析模块。

如图3所示，本实施例的模拟仓1的仓壁由钢质外壁10和贴设于所述钢制外壁10内侧的石英内壁11构成，具体地，钢质外壁10是厚4mm的钢板，石英内壁11是厚30mm的石英板（即硅酸铝板）。

参见图4，本实施例中，第一热电偶单元的近火端热电偶组5由6根彼此间隔距离相等的热电偶构成，远火端热电偶组6由9根彼此间隔距离相等的热电偶组成，且近火端热电偶组5与远火端热电偶组6在模拟仓1的长度方向上所占的距离比值约为1:3，由此也可看出近火端热电偶组5的热电偶排列比远火端热电偶组6的热电偶排列更紧密。参见图5，本实施例的第二热电偶单元4由从上到下逐渐疏松排列的5根热电偶构成；具体地，h ₁ 是第一热电偶单元到模拟仓1顶面的距离，为4cm；h ₂ 、h ₃ 、h ₄ 、h ₅ 和h ₆ 分别是第二热电偶单元的5根热电偶到模拟仓1顶面的距离，依次为8cm、12.5cm、19cm、25cm和37.5cm。

另外，模拟仓1在与所述第一热电偶单元和第二热电偶单元所在侧面相对的侧面上设置了3个用耐1100℃高温的防火玻璃制成的观察窗8，三个观察窗8均匀分布，且模拟仓1还在两个端面处均设置可以上下抽移的端盖9（图1和图5）。

同时，模拟仓1底部还设置了用于支撑模拟仓1的多个支撑腿12，且为了方便移动该装置，支撑腿12底部还安装有轮滑机构。

使用本实施例装置进行模拟火灾实验时，按如下步骤操作：

①、检查装置的各个部件和线路连接状态，确保装置测量无误；

②、根据实验设计使集烟管与指定排烟口相通，使集烟罩与模拟仓的一端面相通；

③、开启集烟系统，按实验设计固定风速；

④、启动计算机控制系统，采集热电偶传递的温度信息和集烟系统传递的烟气信息；

⑤、使火发生装置起火，同时关闭近火端的端盖；

⑥、燃料燃尽后或燃烧到达设定时间后火源断绝，关闭计算机控制系统，实验结束。

本实施例的火灾实验模拟装置可以得到装置内部的温度分布信息，以研究轰燃反生的过程和临界条件等，同时还可以得到烟气中CO ₂ 和CO、O ₂ 等的浓度信息，进而可研究火源的燃烧效率。

火发生装置可以选用任意已知的多种起火装置。本实施例中，一种火发生装置的结构为：包括置于模拟仓内的油盘、从模拟仓底面穿过用于支撑油盘的支撑架和位于所述模拟仓下方的称重天平，支撑架即放置在该称重天平上。这种火发生装置起火后，染料油随着燃烧逐渐减少，火源的火势也会逐渐变小。另一种火发生装置包括一个可以不断给模拟仓内的油盘供油的供油机构，这种火发生装置起火后，染料油不会随着燃烧进行而减少，因此火源可以始终保持有火状态。因此，本实施例装置还可以和多种不同火发生装置相配合使用，便于研究人员研究不同火源在此种尺寸空间内的火灾蔓延和轰然现象。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述的火灾实验模拟装置包括：

模拟仓（1），其为长方体形；所述模拟仓（1）的长宽比为10~8:1，长高比为10~8:1；模拟仓（1）的长和宽所在的两个面中，一个为顶面，另一个为底面；模拟仓（1）的长和高所在的两个面为模拟仓（1）的侧面，模拟仓（1）的宽和高所在的两个面为模拟仓（1）的端面；所述模拟仓（1）的顶面设置有多个排烟口（2），所述模拟仓（1）底面的一端部设置了火发生装置（3）；

第一热电偶单元，其设置在所述模拟仓（1）的一个侧面上，包括在靠近所述侧面顶端的位置沿所述模拟仓（1）的长度方向水平排列的多根热电偶，该多根热电偶中靠近火发生装置（3）的一部分构成近火端热电偶组（5），其余部分构成远火端热电偶组（6），且所述近火端热电偶组（5）的热电偶排列比远火端热电偶组（6）的热电偶排列更紧密；

第二热电偶单元（4），其与所述第一热电偶单元设置在同一个侧面上，包括沿所述模拟仓（1）的高度方向竖直排列的多根热电偶，该多根热电偶的排列从上到下逐渐疏松；所述第二热电偶单元（4）有多个，该多个第二热电偶单元（4）在所述模拟仓（1）的长度方向上均匀分布；

集烟系统，包括多条与所述排烟口（2）相连通的集烟管和一个与所述模拟仓（1）的相距所述火发生装置（3）较远的端面相连通的集烟罩（7）；

计算机控制系统，其包括用于采集模拟仓（1）中的温度和烟气信息的信息采集模块，以及用于对所采集的温度和烟气信息进行分析的数据分析模块。

2.根据权利要求1所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述模拟仓（1）的仓壁由钢质外壁（10）和贴设于所述钢制外壁（10）内侧的石英内壁（11）构成。

3.根据权利要求2所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述钢制外壁（10）的厚度与所述石英内壁（11）厚度的比值为1:5~10。

4.根据权利要求1所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述近火端热电偶组（5）与所述远火端热电偶组（6）在所述模拟仓（1）的长度方向上所占的距离比值为1:2~4。

5.根据权利要求1所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述模拟仓（1）的与所述第一热电偶单元和第二热电偶单元所在侧面相对的侧面上设置了多个用防火玻璃制成的观察窗（8）。

6.根据权利要求1所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述模拟仓（1）的两个端面均设置了端盖（9）。

7.根据权利要求1所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述火灾实验模拟装置还包括设置在所述模拟仓（1）底部、用于支撑所述模拟仓（1）的多个支撑腿（12）。

8.根据权利要求7所述的火灾实验模拟装置，其特征在于：所述支撑腿（12）底部安装有轮滑机构。