CN108492697A - 一种可升降的变坡度隧道火灾模拟装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可升降的变坡度隧道火灾模拟装置及其方法，主要由四个部分组成，包括隧道主体，纵向通风系统，燃烧源和配套测控系统。隧道主体部分，包括隧道框架，支撑架，防火布，钢化玻璃和玻镁板壁面；隧道通风系统部分，包括可调频轴流风机和整流网；隧道燃烧源部分，包括燃烧皿和三脚架；隧道配套测控系统部分，包括电子天平，风速仪，激光发射器，热电偶和摄像机。该模拟装置实验消耗较少，可重复性强，可以全面检测不同坡度和升降情况下温度和风速的变化。

Description

一种可升降的变坡度隧道火灾模拟装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种模拟装置，用于模拟隧道火灾并观测隧道内温度的变化及烟气的流动，具体为一种可升降的变坡度隧道火灾模拟装置及其方法。

背景技术

随着改革开放的深入，城市之间的频繁交流加大了对于公路隧道的建设需求，大城市也加快了方便人民出行的地铁的建设。然而，随着隧道建设的增多，隧道安全事故也在逐步增多。由于隧道距离长、通风条件差等特点，火灾发生后容易造成大规模人员伤亡和严重的经济损失。为了方便人员逃生，减少伤亡，一般在隧道内采用纵向通风的方式以背离乘客疏散的方向排出烟气。

地铁是人们日常出行使用越来越频繁的交通工具，为了方便运行在建设时隧道会有一定的坡度。根据我国地铁设计规范，“正线的最大坡度宜采用30‰，困难地段最大坡度可采用35‰。在山地城市的特殊地形地区，经技术经济比较，有充分依据时，最大坡度可采用40‰”。图1为城市典型地铁线路主线图，可以看出地铁各段线路以倾斜居多，且各段线路的坡度连续变化、有升有降。

随着城市之间沟通的密切，为了满足不同地区建设的需要，隧道的坡度会适当增加，甚至出现大坡度隧道，比如长沙南湖路湘江隧道，最大坡度达到了6％。坡度对于隧道的临界风速产生的影响，将影响到人员的逃生。

鉴于以上原因，本发明将设置一种可改变隧道升降及坡度的模拟装置探究坡度对隧道火灾发生时的临界风速及烟气的运动。

发明内容

全尺寸的隧道火灾实验是探究火灾最直接且准确的手段，却存在难以控制，投入较大，可重复性差等缺点。本发明提供的小尺寸隧道实验平台可以有效克服上述的困难，可以在实验室内进行实验。

本发明采用的技术方案如下：

可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，包括隧道主体、通风系统、燃烧源和配套测控系统，

所述的隧道主体包括隧道框架、支撑架和壁面。

所述的通风系统，包括可调频轴流风机和整流网，整流网安装在风机出风口，通风系统安装在隧道入口处，整流网出口风向与隧道平行。

所述的燃烧源包括燃烧皿和三脚架，燃烧皿从隧道框架底面进入隧道框架内。

所述隧道配套测控系统包括温度测量系统，风速仪，激光发射器，摄像机和电子天平；温度测量系统为两套热电偶组，其中一套热电偶组的热电偶平均分布位于隧道框架顶部下方中央；另一套热电偶组的热电偶纵向排列在燃烧皿上方；风速仪安装在隧道进口处和出口处截面的正中央；激光发射器安装在隧道的出口处底面中央，激光发射器朝隧道框架内部发射激光；摄像机共有两台，分别记录火焰燃烧和烟气流动情况；电子天平放置在三脚架之下，记录燃料的质量损失。

优选的，所述的隧道框架用钢筋铸造，均匀分为若干段，每段隧道框架均由支撑架支撑，通过改变支撑架和隧道框架的连接可改变隧道前后的升降情况和坡度，前后段隧道框架通过防火布连接；隧道框架靠内侧壁面，顶棚和底板材料采用厚度为8mm玻镁板，外侧壁面采用钢化玻璃，钢化玻璃底端与隧道框架铰接，可展开的钢化玻璃用于点燃火源和观测火灾过程。

更加优选的，所述的隧道框架总长8m，宽40cm，高40cm；分为前后各4m的两段，支撑架支撑每段隧道框架，并使得隧道框架整体离地1m；

优选的，所述的燃烧皿高度为40mm，底面为100mm和80mm两种尺寸的正方形的长方体容器，位于距离入口处1.5m的隧道底部中央，燃料采用乙醇和正庚烷；三脚架将燃烧皿托起高出隧道框架底面20mm。

优选的，所述燃烧皿上方的纵向热电偶有9个，竖直间距为40mm；隧道框架顶部下方中央的水平热电偶80个，水平间距为100mm；风速仪安装在距离隧道进口处和出口处0.5m截面的正中央，温度测量系统和风速仪与电脑连接，监测温度和风速的变化；激光发射器安装在隧道的出口处底面中央，可以有效观测烟气蔓延；摄像机共有两台，位于隧道框架的钢化玻璃一侧，一台正对燃烧皿用于记录火焰燃烧情况，一台可转动，用于记录整个隧道框架内的烟气流动情况。

本发明的优点和积极效果为：

(1)模拟装置采用乙醇和正庚烷作为燃料，燃烧充分，不会产生有毒气体；

(2)模拟装置可以实现对不同坡度和升降情况下火源燃烧和烟气运动的模拟，摄像机对火灾全程进行记录；

(3)完善的监测系统可以全面检测温度和风速的变化；

(4)本发明相较于全尺寸模型，实验消耗较少，可重复性强。

附图说明

图1为城市典型地铁线路主线图；

图2为模拟装置的总体结构示意图；

图3为模拟装置的隧道主体框架示意图；

图4为模拟装置通风系统部分示意图；

图5为模拟装置支撑架的结构示意图；

图6为模拟装置可实现的升降情况和坡度情况的示意图；

图7为模拟装置温度测量系统布置示意图；

图中标号:1—可调频轴流风机；2—整流网；3—隧道框架；4—支撑架；5—燃烧皿；6—电子天平；7—三脚架；8—防火布；9—风速仪；10—激光发射器；11—隧道底部开口；12—热电偶；13—连接棒；14—连接孔；15—钢化玻璃；16—摄像机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施本发明作进一步说明。

可升降的变坡度隧道火灾实验平台主要包括隧道主体，纵向通风系统，燃烧源，配套测控系统。

本发明可升降的变坡度隧道火灾模拟装置总体结构如图2所示，包括可调频轴流风机1、整流网2、隧道框架3、支撑架4、燃烧皿5、电子天平6、三脚架7、防火布8、风速仪9、激光发射器10。

在本发明的一个具体实施例中，隧道主体部分由图3所示，本实施例的隧道框架3分为长度相等的两段，隧道框架3用钢筋铸造，前后段隧道通过防火布8连接，燃烧皿通过隧道底部开口11进入隧道。两台均位于摄像机16位于钢化玻璃15一侧记录火灾过程。

在本发明的一个具体实施例中，隧道通风系统部分如图4所示，主要由可调频轴流风机1和整流网2组成。可调频轴流风机产生风，经整流网整流后产生稳定的平行于隧道方向的风。整流网可采用平行排列的细管结构，也可采用铁丝推挤而成的整流网，或其他能产生稳定的平行于隧道方向的风的结构。

在本发明的一个具体实施例中，通过调节支撑架4上图5所示连接棒13在不同位置连接孔14的连接情况可以实现图6全部升降情况。支撑架包括连接棒13和两根平行排列的支杆，支杆纵向上设有若干连接孔14，连接棒可插入所述两根支杆处于相同高度的一对连接孔中，隧道框架设置在连接棒上，不同连接孔14对应的隧道的坡度状况以及开孔位置，可根据连接棒的高度调整隧道框架的情况，实现图6全部升降情况。

隧道温度测量系统部分由图7所示，温度测量系统为两套热电偶组，其中一套热电偶组12的热电偶平均分布位于隧道框架顶部下方中央；另一套热电偶组的热电偶纵向排列在燃烧皿上方；所述燃烧皿上方的纵向热电偶有9个，竖直间距为40mm；隧道框架顶部下方中央的水平热电偶80个，水平间距为100mm。热电偶组可记录隧道内的温度分布和燃烧皿上方的温度分布。

使用本模拟装置时，采取以下工作方式：

1)通过改变连接棒13在支撑架上的高度调整每段隧道框架所需坡度和升降情况，直至满足实验需求；

2)检查风速仪9和温度测量系统是否正常工作；

3)将三脚架7放于电子天平5上，放于隧道底部开口11正下方；

4)展开钢化玻璃15，将燃烧皿5放于隧道底部开口11，调节三脚架7让燃烧皿5高出底面2cm；

5)打开风机1，调节转速确定隧道内通风速度；

6)将电子天平6调零，向燃烧皿5中加入燃料；

7)打开风速仪9，激光发射器10，温度测量系统和摄像机16；

8)用点火器点燃燃料，关闭钢化玻璃，温度测量系统监测温度变化，风速仪监测风速的变化；激光发射器朝隧道框架内部发射激光，便于摄像机捕捉图像；摄像机共有两台，一台正对燃烧皿用于记录火焰燃烧情况，另一台摄像机用于记录整个隧道框架内的烟气流动情况，电子天平记录燃料的质量损失；

9)燃烧结束后停止风速仪9，激光发射器10，温度测量系统和摄像机16的工作，保存数据与视频。

Claims (9)

1.一种可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于包括隧道主体、通风系统、燃烧源和配套测控系统，

所述的隧道主体包括隧道框架、支撑架和壁面；

所述的通风系统，包括风机和整流网，整流网安装在风机出风口，通风系统整体安装在隧道入口处，整流网出口风向与隧道平行；

所述的燃烧源包括燃烧皿和三脚架，燃烧皿从隧道框架底面进入隧道框架内；

所述隧道配套测控系统包括温度测量系统、风速仪、激光发射器、摄像机和电子天平；温度测量系统为两套热电偶组，其中一套热电偶组的热电偶平均分布位于隧道框架顶部下方中央；另一套热电偶组的热电偶纵向排列在燃烧皿上方；风速仪安装在隧道进口处和出口处截面的正中央；激光发射器安装在隧道的出口处底面中央，激光发射器朝隧道框架内部发射激光；摄像机共有两台，分别记录火焰燃烧和烟气流动情况；电子天平放置在三脚架之下，记录燃料的质量损失。

2.如权利要求1所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，所述的隧道框架均匀分为若干段，每段隧道框架均由支撑架支撑，前后段隧道框架通过防火布连接；隧道框架靠内侧壁面、顶棚和底板材料采用玻镁板，外侧壁面采用钢化玻璃，钢化玻璃底端与隧道框架铰接。

3.如权利要求2所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，所述的支撑架包括连接棒和两根平行排列的支杆，支杆纵向上设有若干连接孔，连接棒可插入所述两根支杆处于相同高度的一对连接孔中，隧道框架设置在连接棒上。

4.如权利要求2所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，所述的隧道框架总长8m，宽40cm，高40cm；分为前后各4m的两段，支撑架支撑每段隧道框架，并使得隧道框架整体离地1m；所述的玻镁板厚度为8mm。

5.如权利要求1所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，所述的燃烧皿位于距离入口处1.5m的隧道底部中央，燃料采用乙醇和正庚烷；三脚架将燃烧皿托起高出隧道框架底面20mm。

6.如权利要求1所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，所述燃烧皿上方的纵向热电偶有9个，竖直间距为40mm；隧道框架顶部下方中央的水平热电偶80个，水平间距为100mm。

7.如权利要求1所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，风速仪安装在距离隧道进口处和出口处0.5m截面的正中央。

8.如权利要求1所述的可升降的变坡度隧道火灾模拟装置，其特征在于，摄像机共有两台，均位于隧道框架的钢化玻璃一侧，其中一台正对燃烧皿用于记录火焰燃烧情况，另一台摄像机可转动，用于记录整个隧道框架内的烟气流动情况。

9.一种如权利要求3所述装置的变坡度隧道火灾模拟方法，其特征在于：

1)通过改变连接棒13在支撑架上的高度调整每段隧道框架所需坡度和升降情况，直至满足实验需求；

2)检查风速仪和温度测量系统是否正常工作；

3)将三脚架放于电子天平上，放于隧道底部开口正下方；

4)展开钢化玻璃，将燃烧皿放于隧道底部开口，调节三脚架让燃烧皿高出底面2cm；

5)打开风机，调节转速确定隧道内通风速度；

6)将电子天平调零，向燃烧皿中加入燃料；

7)打开风速仪，激光发射器，温度测量系统和摄像机；

8)用点火器点燃燃料，关闭钢化玻璃，温度测量系统监测温度变化，风速仪监测风速的变化；激光发射器朝隧道框架内部发射激光，便于摄像机捕捉图像；摄像机共有两台，一台正对燃烧皿用于记录火焰燃烧情况，另一台摄像机用于记录整个隧道框架内的烟气流动情况，电子天平记录燃料的质量损失；

9)燃烧结束后停止风速仪，激光发射器，温度测量系统和摄像机的工作，保存数据与视频。