CN106781983B - 一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合机械通风的房间‑走廊开口火溢流模拟实验装置，包括模拟建筑外壁面，房间，圆形多孔燃烧器，走廊，机械通风系统和走廊封闭装置。该装置为组合式结构，可模拟不同的室内火灾情况，并研究相关参数的变化。本发明首次建立走廊与房间相连接的开口火溢流实验模型，可以方便地调节走廊的特征尺寸以及测量实验中的相关参数。与现有的火灾模拟实验装置对比，本装置主要是用于研究与走廊相连接的房间发生火灾形成房间‑走廊开口火溢流的火焰溢出机制以及火溢流在走廊内的演化规律与行为特征，并考虑了走廊机械通风对其影响。

Description

一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置

技术领域

本发明涉及消防安全技术领域，具体涉及一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置。

背景技术

近几年来，我国城市化建设日趋成熟，越来越多的乡村向城市迈进，相应的产生了城市用地紧张问题，增加建筑楼层高度之外，建筑内部的合理规划也是节省建筑用地紧张的主要方法。建筑内部一般采用建筑内廊设计，建筑内廊一般是指正对着的房间设置有一条公共走廊，房间布置在走廊两侧，各户毗邻排列。在很多大专院校的学生宿舍、各工厂的集体宿舍以及一些办公大楼等场所广泛采用这种建筑设计。这种设计可以形成建筑内部规整、简洁、明快的结构布局，具有很好的抗震性能，并且可以高效率的利用土地面积。但是仍然存在一定的缺陷，就是建筑内部的消防设施要求较高，需要安装电力照明以及机械排烟设施。

在建筑火灾中，房间火灾所产生的火焰除了从窗户开口处溢出到室外，形成建筑外立面开口火溢流外，燃烧产生火焰还会通过房间的门，向内溢出到走廊，形成房间-走廊开口火焰溢流，造成火焰在走廊的传播，形成室内火灾向走廊转变，对着火建筑内的人员疏散产生重要影响。1972年，日本百货大楼发生火灾，死亡人数高达118人；2000年河南洛阳东都商厦发生火灾造成309人死亡，经济损失达275万元；2007年，浙江温州温富大厦火灾，造成21人因CO中毒身亡，2人受伤。房间-走廊火溢流会造成高温火焰和烟气在建筑内部的传播，对建筑内部人员危害极大。

建筑房间-走廊开口火溢流主要涉及到两个火灾场景：一是燃烧房间的窗户没有发生破裂(窗户封闭)，房间的门处于敞开状态，室内发生轰然之后，室内的火源功率会继续增大，多余的燃料从门处溢出时，产生火焰在走廊传播；二是窗户由于室内外的温差过大时发生破裂，并且门处于敞开时，房间存在两个通风口(门和窗户)室内氧气的供给速率加快，在一些情况下也会形成房间-走廊开口火溢流。

现有相关的专利仅针对通过窗户对外的开口火溢流研究，如专利号公开号为CN101696888A(一种针对建筑外墙防火结构及其性能的模拟实验装置)、CN101696888A(城市建筑外壁面火灾模拟实验装置)以及CN102052936A(城市外墙保温系统火灾实验装置)，这三个专利都采用单通风口(窗户开口)的房间，公开号为CN101696888A的专利侧重于研究建筑外墙的防火结构，在房间的外部设置水平和竖直挡板以及防火隔离带研究防火性能；公开号为CN102052936A的专利主要是用于研究建筑外墙保温系统火灾规律机制与建筑物外壁面自身构造特征相互作用；公开号为CN101696888A专利在主要研究燃烧室处于坡地建筑时室内外的火灾发展演变的规律。上述的专利都是模拟窗户开口的建筑外部开口火溢流及外壁面火灾，均未涉及到燃烧房间-走廊结构情况下向建筑内部的开口火溢流研究。

通过对相关专利检索，尚无涉及到房间-走廊开口火溢流的研究，因此，建立相关的火灾模拟实验装置，来研究由于室内火灾引起房间-走廊开口火溢流行为及其受机械通风的影响机制，具有重要意义。为了详细研究走廊相关参数以及机械通风对于房间-走廊开口火溢流行为的影响，本发明设计了两种走廊形式，一种是在固定走廊宽度的条件下改变走廊的高度，一种是固定走廊高度的条件下改变走廊的宽度，用来研究走廊截面不同尺寸并且耦合走廊通风条件下的房间-走廊开口火溢流火焰溢出行为以及火溢流在走廊内的演化规律的影响机制。

发明内容

为了研究室内火灾引起房间-走廊开口火溢流行为，基于上述所说的房间-走廊开口火溢流的两种火灾场景，提出了一种研究耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，重点研究不同的走廊尺寸(走廊宽度、走廊高度)、走廊机械通风对于开口火溢流的火焰溢出行为以及火溢流在走廊内的演化规律的影响机制。

为了实现上述目的，本发明提出如下方案：

一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，包括建筑外壁面，房间，圆形多孔燃烧器，走廊，机械通风系统和走廊封闭装置，建筑外壁面与房间相连，房间底部可以放置圆形多孔燃烧器，房间设置有门开口和窗户开口，可以通过更换开口门板来设置不同的开口尺寸，走廊内部设置有可移动式热电偶支架，所述的机械通风系统，与走廊对接实现无缝连接，实现走廊内部的供风，模拟建筑内部的机械通风，走廊封闭装置是可移动式结构，可以对走廊的一侧进行封闭。

其中，所述的建筑外壁面为框架结构，其外表面采用不燃性的氯氧镁防火板；其底部通过壁面支撑装置是使外壁面保持竖直。

其中，所述的房间为立方体结构，一侧面设置有窗户开口，另一侧面设置有门开口，二者为对称设置，旁边侧面设置有玻璃外壁面，房间的底部设置燃烧装置，整个房间通过房间支架进行支撑，支架底部设置有滚轮。

其中，所述的房间底部燃烧装置采用两种方式燃烧，一种是基于液体燃烧的油池火焰，另一种是基于圆形多孔燃烧器产生的气体火焰，通过房间底部的燃烧器支撑板对燃烧器进行固定。

其中，所述的走廊与房间连接，走廊整体框架是由走廊左侧面板、走廊右侧面板、走廊顶板和走廊底板组成，走廊的左侧面板镶有走廊左侧玻璃板，整个走廊是由四根支撑杆进行支撑，走廊的顶部设置有走廊顶部孔口，走廊内部设置有走廊内部轨道和走廊外部轨道，可移动式热电偶支架放置在走廊内部，走廊外部标有走廊长度刻度线和走廊高度刻度线。

其中，可以调节走廊特征尺寸参数，主要依靠于在走廊壁面等间距的开设有螺栓卡孔，通过旋入螺栓来固定走廊左侧面板或走廊顶板在水平和竖直方向的位置。

本发明可以达到的有益效果：

(1)关于室内火灾的模拟情况，可以通过更换窗户开口门板从而实现窗户的开启和封闭来模拟上述的火灾的两种场景，通过房间侧面的窗户玻璃可以观看室内火灾的演变情况，通过走廊处的玻璃观测走廊内火溢流的演化行为。使用走廊封闭装置对走廊一侧进行封闭处理，使用机械通风系统对走廊一侧进行机械通风，可以模拟不同风速作用条件下走廊内部的开口火溢流行为特征。

(2)关于本次实验采用的燃料，可以采用液体或气体燃料，来模拟室内不同的火源功率。其中液体燃料可以在房间底部设置油盘模拟油池燃烧；气体燃烧则在在房间底部设置有气体燃烧在底部放置有多孔燃烧器可以实现燃料的充分混合并通过相关装置进行固定，同时可以模拟不同的火源位置。

(3)实验中采用两种形式的走廊形式，可以调节走廊两个重要尺寸参数，通过固定螺栓在螺栓卡孔的位置从而设置不同的走廊宽度和走廊高度，调节方便。

(4)关于实验中相关参数的测量以及装置调节方面，房间的窗户开口和门开口均可以通过更换开口门板来进行尺寸调节，底部可以设置不同的火源位置，通过减压阀和流量计来精确控制燃料的供给，实验中采用DV可以走廊拍摄从门处溢出的火焰和烟气，可以通过走廊内部和外部的轨道安装片光源安装，可以方便观察烟气的二维流动，房间的顶部和走廊的底部有规律的布置有孔口，可以布置热电偶来实时测量不同高度处的温度分布，走廊处的热电偶架可以测量门口溢出火焰和烟气的羽流温度。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为房间和外壁面的结构示意图；

图3为窗户开口局部示意图；

图4为底部圆形多孔燃烧器的示意图，其中，图4(a)为圆形多孔燃烧器在房间底部的相对位置示意图，图4(b)为圆形多孔燃烧器与燃烧器支撑板示意图，图4(c)圆形多孔燃烧器示意图；

图5为走廊的结构示意图；

图6为走廊尺寸调节示意图，其中，图6(a)为走廊高度调节示意图，图6(b)为走廊宽度调节示意图；

其中，1-建筑外壁面、2-底部壁面支撑装置、3-房间、4-窗户开口、5-固定轴、6-开口门板、7-开口壁面、8-房间顶部孔口、9-房间侧面孔口、10-门开口、11-左侧壁面玻璃板、12-房间支架、13-滚轮、14-燃烧器支撑板、15-圆形多孔燃烧器、16-走廊右侧面板、17-走廊顶板、18-走廊顶部孔口、19-可移动式热电偶支架、20-走廊底板、21-走廊内部轨道、22-支撑杆、23-走廊外部轨道、24-走廊长度刻度线、25-走廊左侧面板、26-走廊高度刻度线、27-走廊左侧玻璃板、28-螺栓卡孔、29-螺栓、30-走廊、31-机械通风系统、32-走廊封闭装置。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明做进一步的说明。

图1是本发明的整体机构示意图包括建筑外壁面1，房间3，走廊30，机械通风系统31和走廊封闭装置32。建筑外壁面1与房间3相连，走廊可以实现机械通风系统开口处的无缝连接，走廊右侧设置有可移动走廊封闭装置32可以对走廊进行封闭，该装置使用耐高温的防火玻璃。

图2是房间和外壁面的结构示意图，建筑外壁面1是一块氯氧镁防火板，外壁面底部安装有壁面支撑装置2，可实现外壁面的垂直放置，外壁面含有一个开口，可以实现外壁面和房间侧面的无缝衔接，房间3整体框架是正方体空心结构，左侧壁面玻璃板11镶嵌在在房间的一侧作为一侧面，房间3的顶部和侧面等间距开设有房间顶部孔口8和房间侧面孔口9，房间底部有四根房间支架12支撑房间，杆底端通过可调节方向的滚轮13与地面接触，房间的前面和后面设置有窗户开口4和门开口10。

图3是左侧窗户开口，窗户开口的一侧是面积较大的窗户开口壁面7，通过固定轴5与房间3连接，通过更换开口门板来模拟不同尺寸的窗户开口4，开口门板6可以嵌入安装到开口壁面上，可以实现无缝连接。

图4是底部圆形多孔燃烧器的示意图，燃烧器支撑板14尺寸与房间底部一致，支撑板上开设有均匀的多孔燃烧器孔口，可以把燃烧器嵌入并安装在底部支撑板上，其余孔口进行密封，燃烧器支撑板14上设置由九个燃烧器固定口，多孔燃烧器是渐扩的圆柱状结构，中间渐扩放置有细沙石保证气体均匀混合。

图5是建筑走廊，在走廊中部有一开口，房间3可以通过轴来实现燃烧室与走廊30连接，由走廊左侧面板25、走廊右侧面板16、走廊底板20和走廊顶板17组成，走廊左侧面板25镶有走廊左侧玻璃板27，走廊底板20安装有是走廊外部轨道23和走廊内部轨道21，分别布置在走廊的外部和内部，在走廊外侧有走廊高度刻度线26和走廊长度刻度线24，走廊30通过支撑杆22来进行支撑，走廊顶部开设有等间距的走廊顶部孔口18，走廊内部设置有可移动式热电偶支架19。

图6是走廊高度、宽度调节示意图，图6(a)是走廊高度调节示意图，走廊左侧面板25与走廊右侧面板16通过走廊底板20固定连接，在走廊左、右两侧面板等间距开设有螺栓卡孔28，采用加工的螺栓29旋入可以封闭外侧玻璃板，走廊顶板17通过螺栓29固定在走廊固定高度处。

图6(b)是走廊宽度调节示意图，走廊顶板17和走廊底板20通过走廊右侧面板16相连，走廊顶板17和走廊顶底板20等间距开设有螺栓卡孔28，通过螺栓29固定走廊左侧面板。

实验1：基于技术背景所述的火灾场景1可以建立相应的实验装置，研究走廊的尺寸对于从门口溢出火溢流的影响，此时，窗户处于封闭状态，在房间顶部和侧面通过孔口在房间内部的相应位置处布置热电偶，采用圆形多孔燃烧器固定在燃烧器底座中心位置处，其他孔口进行封闭，通过导管连接丙烷气体用于燃料供给实现室内的燃烧，在走廊内部轨道和外部轨道固定片光源，通过电控装置使片光源在各自轨道运行，该实验不使用机械通风系统和走廊封闭装置，走廊两侧与外界相连，通过让走廊两侧开口供给的空气实现室内燃烧，在走廊一侧开口和侧面玻璃壁面使用DV观察房间-走廊火溢流情况，实验可以改变走廊的宽度和高度，通过调节螺栓在螺栓卡位的位置从而设置不同的走廊高度和宽度，在走廊上部顶板通过顶部孔口在走廊不同高度处布置热电偶温度测点，由于左、右两侧对对称，因此只在一侧布置热电偶，另一侧孔口进行密封处理。

实验2：基于技术背景所述的火灾场景2可以建立相应的实验装置，设置一定的窗户开口尺寸，基于双开口(风和窗户)的着火房间，研究走廊的尺寸对于两处开口的火溢流的影响机制，在窗户开口处安装DV用于记录从窗户开口处溢出的外部火焰，其他的设置与实验1一致，实验2主要可以调节走廊的高度、宽度、燃料的供给速率以及窗户开口尺寸。

实验3：基于实验2，研究走廊正压通风条件下室内火焰和烟气的蔓延情况，并将实验结果与实验2进行对比。在走廊的一侧设置有机械通风系统，与走廊一侧开口进行无缝连接，在走廊内部通风，另一侧使用走廊封闭装置对走廊一侧进行封闭，因此走廊的处的温度分布不对称，因此需要将每一个孔口均布置热电偶，其他的测量装置和实验2一致，研究不同机械通风风速条件下，走廊内部的烟气运动情况以及窗户开口处的火焰溢出形态。

Claims (6)

1.一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，其特征在于：包括建筑外壁面(1)，房间(3)，圆形多孔燃烧器(15)，走廊(30)，机械通风系统(31)和走廊封闭装置(32)，建筑外壁面(1)与房间(3)相连，房间(3)底部可以放置圆形多孔燃烧器(15)，房间(3)设置有门开口(10)和窗户开口(4)，可以通过更换开口门板(6)来设置不同的开口尺寸，走廊(30)内部设置有可移动式热电偶支架(19)，所述的机械通风系统(31)，与走廊对接实现无缝连接，实现走廊内部的供风，模拟建筑内部的机械通风，走廊封闭装置(32)是可移动式结构，可以对走廊(30)的一侧进行封闭。

2.根据权利要求1所述的一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，其特征在于：所述的建筑外壁面(1)为框架结构，其外表面采用不燃性的氯氧镁防火板；其底部通过壁面支撑装置(2)是使外壁面保持竖直。

3.根据权利要求1所述的一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，其特征在于：所述的房间(3)为立方体结构，一侧面设置有窗户开口(4)，另一侧面设置有门开口(10)，二者为对称设置，旁边侧面设置有玻璃外壁面(11)，房间的底部设置燃烧装置，整个房间通过房间支架(12)进行支撑，支架底部设置有滚轮(13)。

4.根据权利要求1或3所述的一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，其特征在于：所述的房间底部燃烧装置采用两种方式燃烧，一种是基于液体燃烧的油池火焰，另一种是基于圆形多孔燃烧器(15)产生的气体火焰，通过房间底部的燃烧器支撑板(14)对燃烧器进行固定。

5.根据权利要求1所述的一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，其特征在于：所述的走廊(30)与房间(3)连接，走廊(30)整体框架是由走廊左侧面板(25)、走廊右侧面板(16)、走廊顶板(17)和走廊底板(20)组成，走廊的左侧面板镶有走廊左侧玻璃板(27)，整个走廊是由四根支撑杆(22)进行支撑，走廊的顶部设置有走廊顶部孔口(18)，走廊内部设置有走廊内部轨道(21)和走廊外部轨道(23)，可移动式热电偶支架(19)放置在走廊内部，走廊外部标有走廊长度刻度线(24)和走廊高度刻度线(26)。

6.根据权利要求1或5所述的一种耦合机械通风的房间-走廊开口火溢流模拟实验装置，其特征在于：可以调节走廊(30)特征尺寸参数，主要依靠于在走廊壁面等间距的开设有螺栓卡孔(28)，通过旋入螺栓(29)来固定走廊左侧面板(25)或走廊顶板(17)在水平和竖直方向的位置。

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