CN109632793A - 用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台及方法，包括：缩尺寸电缆隧道、质量采集装置和温度采集装置；缩尺寸电缆隧道内设置有电缆安装架；质量采集装置的采集端设置在电缆安装架上，质量采集装置的输出端用于输出实时采集的电缆质量数据信息；缩尺寸电缆隧道的内壁上预设有多个温度测点；温度采集装置的采集端设置在每个温度测点处，温度采集装置的输出端用于输出实时采集的各个温度测点温度数据。本发明可模拟全尺寸电缆隧道发生火灾时的温度场特性，评估全尺寸电缆隧道火灾危险性，为电缆隧道消防设计、火灾防护与救援提供科学依据和理论指导。

Description

用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台及方法

技术领域

本发明属于电缆隧道温度场特性模拟研究技术领域，特别涉及一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台及方法。

背景技术

地下电缆是指敷设于变电站外围地面下方划定地区的电缆。通常电缆主要是由相互绝缘的导体、绝缘层和保护层制成，用于将电力或信息从变电站传递到周边地区。电缆隧道是变电站向外界输送电源的地下管道，用来敷设电缆以及更换电力电缆设施，是围护电缆设施的一种结构。电缆隧道所具有的特点包括：1.电缆隧道用于容纳大量敷设在电缆支架上的电缆，拥有巡查和操作通道，维修电缆时比较方便，但长期使用容易积累污水；2.电缆隧道的内壁会安置电缆支架，它是用金属材质制造，通过支架来支撑电缆；3.电缆隧道每隔一定距离设置隔墙封堵，一方面防止火灾发生后电缆延燃，另一方面阻挡小动物进入变电站内部损伤电缆外层。

电缆隧道内都敷设有电力、电信等各种管线，假如它们中任何一条电缆管线出现故障，就会影响到其它管线的正常运行，尤其是相对强的电缆线出现损坏，将直接影响周边地区电力的正常使用。如果电力、通讯线路发生中断现象，不仅会影响到人们的正常生活，而且还可能遭受重大经济损失。

当电缆隧道内发生火灾时，由于处在地下封闭空间，无法实时监控电缆火蔓延特性，无法评估电缆隧道火灾的温度场对于电缆运行安全的影响。地下电缆引发火灾事故，需要通过消防人员展开灭火工作，在不了解电缆火蔓延特性的情况下势必会有很大的危险性，使得控制和扑救火势有更大的难度。在全尺寸电缆隧道内开展电缆火灾实验研究又需要花费大量人力物力和财力。综上，亟需一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台及方法，以解决上述存在的技术问题。本发明可模拟全尺寸电缆隧道发生火灾时的温度场特性，评估全尺寸电缆隧道火灾危险性，为电缆隧道消防设计、火灾防护与救援提供科学依据和理论指导。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，包括：缩尺寸电缆隧道、质量采集装置和温度采集装置；缩尺寸电缆隧道内设置有电缆安装架，电缆安装架用于安装实验用电缆；质量采集装置用于采集实验用电缆的质量；质量采集装置的采集端设置在电缆安装架上，质量采集装置的输出端用于输出实时采集的电缆质量数据信息；缩尺寸电缆隧道的内壁上预设有多个温度测点；温度采集装置的采集端设置在每个温度测点处，温度采集装置的输出端用于输出实时采集的各个温度测点温度数据。

进一步的，还包括：图像采集装置；图像采集装置设置于缩尺寸电缆隧道外，图像采集装置的采集端用于采集实验中电缆燃烧的图像信息，图像采集装置的输出端用于实时输出采集的图像信息。

进一步的，所述图像采集装置包括高清网络摄像机。

进一步的，还包括：服务器；服务器的信号接收端分别与质量采集装置和温度采集装置的输出端相连接。

进一步的，缩尺寸电缆隧道根据待研究全尺寸电缆隧道，通过几何相似、运动相似以及动力相似获得。

进一步的，质量采集装置包括：应变式拉压力传感器和压力数据采集器；应变式拉压力传感器安装在电缆安装架上，压力数据采集器的采集端与应变式拉压力传感器相连接。

进一步的，沿缩尺寸电缆隧道的轴向方向设置有多层监测点，每层监测点中的温度测点均沿缩尺寸电缆隧道的周向布置。

进一步的，温度采集装置包括：温度采集器和多个热电偶；热电偶分别安装在各个温度测点，温度采集器的采集端与每个热电偶的输出端相连接。

进一步的，质量采集装置的采集端设置有岩棉保护层。

一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验方法，基于本发明的实验平台，包括以下步骤：

步骤1，将实验用电缆安装在电缆安装架上；

步骤2，使用点火器点燃实验用电缆；

步骤3，通过质量采集装置采集燃烧中电缆的实时质量数据，通过温度采集装置采集各个温度测点在电缆燃烧时的实时温度数据；

步骤4，通过步骤3获得的质量数据和温度数据，获得燃烧时电缆的质量损失率和热释放速率；通过质量损失率和热释放速率对电缆隧道火灾温度场特性进行模拟研究。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的模拟实验平台，可将全尺寸电缆隧道发生火灾时的温度场特性模拟出来，可评估全尺寸电缆隧道火灾危险性，揭示电缆隧道顶部横、纵向温度场分布规律，为电缆隧道消防设计、火灾防护与救援提供科学理论依据；本发明以相对较少的实验规模来模拟全尺寸条件下电缆隧道火灾，可以实现对全尺寸电缆隧道火灾危险性的模拟研究，且实验成本较低。

附图说明

图1是本发明的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台的连接结构示意图；

图2是本发明的一种实施例中电偶纵向布置示意图；

图3是本发明的一种实施例中实验电缆质量损失对比示意图；

图4是本发明的一种实施例中实验电缆质量损失速率对比示意图；

图5是本发明实施例中电缆隧道顶部最高温度随时间变化对比示意图；

图6是本发明中1#火源下顶棚纵向部分温度测点温度随时间变化对比示意图；

图7是本发明中2#火源下顶棚纵向部分温度测点温度随时间变化对比示意图；

图8是本发明中3#火源下顶棚纵向部分温度测点温度随时间变化对比示意图；

图9是本发明中1#火源切面区域各夹角温度随时间变化对比示意图；

图10是本发明中2#火源切面区域各夹角温度随时间变化对比示意图；

图11是本发明中3#火源切面区域各夹角温度随时间变化对比示意图。

图1中，1、缩尺寸电缆隧道；2、应变式拉压力传感器；3、压力采集器；4、热电偶；5、温度数据采集器；6、高清网络摄像机；7、路由器；8、电脑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，包括：缩尺寸电缆隧道1、质量采集装置、温度采集装置、图像采集装置和服务器。

缩尺寸电缆隧道1根据待研究全尺寸电缆隧道，通过几何相似、运动相似以及动力相似性制造获得。缩尺寸电缆隧道1内设置有电缆安装架，电缆安装架用于安装实验用电缆。

质量采集装置用于采集实验用电缆的质量；质量采集装置的采集端设置在电缆安装架上，质量采集装置的输出端用于输出实时采集的电缆质量数据信息。质量采集装置包括：应变式拉压力传感器2和压力数据采集器；应变式拉压力传感器2安装在电缆安装架上，压力数据采集器的采集端与应变式拉压力传感器2相连接。质量采集装置的应变式拉压力传感器2设置有岩棉保护层。

请参阅图1和图2，缩尺寸电缆隧道1的内壁上预设有多个温度测点；温度采集装置的采集端设置在每个温度测点处，温度采集装置的输出端用于输出实时采集的各个温度测点温度数据。沿缩尺寸电缆隧道1的轴向方向设置有多层监测点，每层监测点中的温度测点均沿缩尺寸电缆隧道1的周向布置。温度采集装置包括：温度采集器和多个热电偶4；热电偶4分别安装在各个温度测点，温度采集器的采集端与每个热电偶4的输出端相连接。

图像采集装置设置于缩尺寸电缆隧道1外，图像采集装置的采集端用于采集实验中电缆燃烧的图像信息，图像采集装置的输出端用于实时输出采集的图像信息。具体的，图像采集装置为高清网络摄像机6。

服务器的信号接收端分别与质量采集装置和温度采集装置的输出端相连接。

一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验方法，基于本发明上述的实验平台，包括以下步骤：

步骤1，将实验用电缆安装在电缆安装架上；

步骤2，使用点火器点燃实验用电缆；

步骤3，通过质量采集装置采集燃烧中电缆的实时质量数据，通过温度采集装置采集各个温度测点在电缆燃烧时的实时温度数据；

步骤4，通过步骤3获得的质量数据和温度数据，获得燃烧时电缆的质量损失率和热释放速率；通过质量损失率和热释放速率对电缆隧道火灾温度场特性进行模拟研究。

本发明的工作原理分析：

在进行电缆隧道火灾试验过程中，由于全尺寸模型较难寻找且成本较高，实验过程中可能存在较多的不安全因素。本发明根据相似性理论，通过对小尺寸模型实验进行研究从而达到对全尺寸电缆隧道模拟实验的目的。本发明的小尺寸模型实验平台具有易于操作、节约时间和资金等优点。利用小尺寸模型实验研究电缆隧道内部烟气温度场，需要使实验模型与原型之间满足本发明的相似关系。下面，将从对对几何相似、运动相似以及动力相似三个方面进行说明。

几何相似是指：缩尺寸电缆隧道的几何形状需与全尺寸电缆隧道型的几何形状相似。两者所对应的长度比例可表示为以下形式：

式中：式中，l_l为全尺寸电缆隧道尺寸，m；l_m为缩尺寸电缆隧道尺寸，m；λ_l为线性比例常数；λ_A为面积比例常数。

运动相似是指模型与原型之间流体质点的运动轨迹相似，即速度场相似，也就是空间内任意对应点的速度、加速度大小比值相等，方向相同。模型为缩尺寸电缆隧道1，原型为全尺寸电缆隧道。

(1)速度相似：

式中，v_l为原型烟气流动速度，m/s；v_m为模型烟气流动速度，m/s；λ_v为模型实验速度比例常数。

(2)加速度相似：

式中，a_l为原型烟气流动加速度，m/s²；a_m为模型烟气流动加速度，m/s²；λ_a为模型实验加速度比例常数。

火灾产生的烟气属于不可压缩粘性气体，模型与原型的相似条件可利用纳维斯托克斯方程(N-S方程)进行分析和研究，对基本方程进行相似变化可得如下相似准则。

弗洛德相似准则即重力准则：

式中，v_l、v_m分别为原型和模型的烟气流动速度，m/s；g_l、g_m分别为原型和模型的重力加速度，m/s²；l_l、l_m分别为原型和模型的隧道特征长度，m。

弗洛德数表示惯性力与重力之比。如果原型与模型实验中烟气流动的重力相似，那么对应的弗洛德数也必然相等，所以也称其为重力相似准则。所有和重力相关的流体流动都要考虑弗洛德数。

雷诺相似准则即粘性力准则：

式中，ρ_l、ρ_m分别为原型和模型的烟气密度，kg/m³；l_l、l_m分别为原型和模型的隧道特征长度，m；v_l、v_m分别为原型和模型的烟气流动速度，m/s；μ_l、μ_m分别为原型和模型的粘性系数，kg/(m·s)。

雷诺数表示惯性力与粘性力之比。如果原型与模型实验中烟气流动的粘性力相似，那么对应的雷诺数也必然相等，所以也称为粘性力相似准则。所有和粘性力相关的流体流动都要考虑雷诺数，例如，有压运动中流体流速分布不受重力影响，主要和粘性力有关。

欧拉相似准则即压力准则：

式中，Δp_l、Δp_m分别为原型和模型的压力差，Pa；ρ_l、ρ_m分别为原型和模型的烟气密度，kg/m³；v_l、v_m分别为原型和模型的烟气流动速度，m/s。

欧拉数表示压力差与惯性力之比。如果原型与模型实验中烟气流动的压力相似，那么对应的欧拉数也必然相等，所以也称其为压力相似准则。当研究流体两点间压强差或者某点特征压强时都要考虑欧拉数。一般原型与模型实验中烟气流动的弗洛德数或者雷诺数相等时，欧拉数也相等。

斯特劳哈尔相似准则即非定常性准则：

斯特劳哈尔数表示当地的惯性力与迁移惯性力之比。当研究流体的不定常流动时，斯特劳哈尔数往往是需要考虑的量纲为1的参数。

从纳维斯托克斯方程(N-S方程)中分析得到的弗洛德数、雷诺数、欧拉数以及斯特劳哈尔数都称为相似准则，如果要求模型实验和原型实验中流体的流动完全相似，那么则需要满足所有相似准则。然而，这种情况是很难实现的，一般只需满足起主要作用的相似数即可，例如隧道中烟气流动主要受重力作用，所以只要满足弗洛德相似准则即可。

基于以上分析确定了模型实验与原型实验中涉及的重要参数比例关系，如表1所示。

表1实验涉及重要参数的比例关系

表1中，下标l表示原型，下标m表示模型。

实施例1

请参阅图2，本发明的一种实施例，包括：质量采集系统、温度信息采集系统、图像信息采集系统和电脑8。质量采集系统包括应变压力传感器和压力采集器3。应变压力传感器布置在电缆试验架子下方，当电缆质量发生变化，数字信号通过导线传到压力采集器3中，压力采集器3用过USB与电脑8连接，电脑8实时记录电缆质量。温度信息采集系统包括热电偶4和温度数据采集器5，温度数据采集器5为安捷伦温度数据采集器。热电偶4一端布置在电缆隧道内壁上，一端与温度数据采集器5连接。当电缆隧道内温度发生变化时，热电偶4接收温度变化，将电信号传递到温度数据采集器5。温度数据采集器5通过导线与电脑8连接，电脑8实时记录温度变化。图像信息采集系统包括网络摄像机和路由器7。网络摄像机布置在泥形圆筒外侧正对试验电缆，通过导线与路由器7连接。路由器7连接电脑8，电脑8实时记录试验画面。缩尺寸电缆隧道1根据实际生产中的全尺寸电缆隧道通过几何相似、运动相似以及动力相似性等来制造获得。缩尺寸电缆隧道1为模拟实验台主体，采用10米长、内径1.5米的水泥形圆筒。试验在圆筒周向截面左上角1/4处开展。试验电缆放置在试验截面距离筒壁0.25米处，电缆表面泼洒少了汽油，用于辅助引燃电缆。使用点火枪引燃汽油后开展实验。

试验电缆放置在试验架子上，试验架子下方安装应变式拉压力传感器2，通过导线连接压力数据采集器，组成质量采集系统。使用岩棉阻隔压力传感器与火源。

电缆隧道内壁上沿其周向每隔15°布置热电偶4。电缆隧道内壁上沿其周向方向按不同预设间隔距离置热电偶4。热电偶4与温度数据采集器5组成温度信息采集系统。

本发明实施例的一种电缆隧道火灾烟气温度场探测实验方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将实验电缆、热电偶4、摄像仪器等布置完毕，并打开相应操作软件进行调试。例如，打开热电偶数据采集软件调试热电偶，打开压力数据采集软件调试压力传感器，打开摄像采集软件准备记录试验过程；例如，温度用Agilent，压力用pressure tran，视频用录屏大师。

具体的，使用热电偶4和温度采集器，采集电缆隧道内温度变化数据；使用应变式拉压力传感器2和压力数据采集器采集试验时电缆质量变化数据；使用网络摄像机和图像采集器记录试验过程。温度变化数据、质量变化数据、试验过程通过电脑8实时记录。

步骤2，利用点火枪灼烧热点偶采温处，观察温度数据是否变化，确认所有温度测点点位热电偶4完好无误。

步骤3，调试高清网络摄像机6，确保可以采集实验画面。

步骤4，配置两具干粉灭火器，预防试验中出现意外情况。

步骤5，实验人员佩戴口罩、手套等防护用具，准备开始实验。

步骤6，使用点火器点燃电缆，电缆引燃后使用图像信息采集系统记录燃烧过程、传播规律等现象，使用计算机记录温度数据、电缆质量数据。

步骤7，停止燃烧冷却至室温，停止实验，保存数据，结束实验。

本发明的上述实施例充分考虑模型实验和全尺寸实验的相似性，旨在通过1:3.3缩尺寸火灾模型实验研究电缆隧道内一次电缆火灾的燃烧特性以及烟气流动特性，揭示电缆隧道顶部横、纵向温度场分布规律，为电缆隧道消防设计、火灾防护与救援提供科学依据。

实施例2

本发明实施例的实验所使用的器材主要有：石膏板、铁网、电缆架、岩棉、铝/锡箔纸、K型热电偶、安捷伦和精密电子秤。

称重传感器选用美国FUTEK应变式拉压力传感器LCM300，最大承重223N，精度0.5％，工作温度-43～93℃，实验过程中使用岩棉阻隔称重器与火源，防止传感器受高温侵害。

在实验过程中使用K型热电偶测量烟气温度，K型热电偶测量准确度较高且方便布置，最高测量温度可达1000℃。在烟气温度测量的过程中，将热电偶一端与Aglient 34970A数据采集器相应位置相连，实时对热电偶温度进行测量。

使用高清网络摄像机6对实验过程中烟气层高度、燃料燃烧情况以及火焰高度等现象进行记录，为防止图像的抖动采用支架对其进行固定。

根据相似理论，建立1:3.3尺寸模型。模型主要由缩尺寸电缆隧道1、温度信息采集系统、质量信息采集系统、图像信息采集系统和计算机等组成。电缆隧道长10m，内径1.5m。本实验模拟电缆隧道中一次电缆火灾，即火灾发生在电缆隧道上方1/4处，用实体墙予以分割，所以热电偶4只需布置在电缆舱室，其他位置不做布置。

对于电缆火灾，由于其自身短路、负载过大等原因引起的局部急剧升温，引起电缆护套层分解、降解、燃烧等，从而加剧电缆升温，发生火灾。式样选择YZ 3×1.5型号电缆，直径为9mm。实验组数设置详细参数如表2所示，

表2实验组数设置

实验测量方法

1)火灾温度场

火灾区域内温度的测量采用K型铠装热电偶，为了方便标识热电偶位置，用热电偶与电缆隧道圆心点所在位置所成角度α加以区分。实验过程中热电偶4通过Aglient 34970A数据采集器与电脑8相连，实时采集温度数据。热电偶4具体位置如图1和图2所示。

2)质量损失率

试验中将电缆线紧密放置于特制电缆架上，并将电缆架与拉压力传感器相连接，拉压力传感器与数据采集系统相连接，电缆燃烧时的质量变化就可以通过将质量变化信号转化为电信号并通过拉压力传感器直接显示测得，并通过数据分析软件分析得出燃烧时的质量损失速率。

3)热释放速率

热释放速率(材料火灾功率)即单位时间内材料燃烧向外释放的热量，用来表示火灾的强度。在测得质量损失速率的基础上，可得出电缆的燃烧热释放速率，两者之间的换算关系见公式，如所示。

式中：Q为热释放速率，k W；为质量损失速率，kg/s；ΔHc为燃烧热值，k J/kg；φ为燃烧效率因子，代表薄型材料不完全燃烧的程度。

本发明实施例的实验步骤：

(1)将实验电缆、热电偶4、摄像仪器等布置完毕，并打开相应操作软件进行调试。

(2)利用点火抢灼烧热点偶采温处，观察温度数据是否变化，确认所有点位热电偶4完好无误。

(3)调试高清网络摄像机6，确保可以采集实验画面。

(4)配置两具干粉灭火器，预防试验中出现意外情况。

(5)实验人员佩戴口罩、手套等防护用具，准备开始实验。

(6)使用点火器点燃电缆，电缆引燃后使用图像信息采集系统记录燃烧过程、传播规律等现象，使用计算机记录温度数据、电缆质量数据。

(7)停止燃烧冷却至室温，停止实验，保存数据，结束实验。

请参阅图3，质量损失速率：实验质量采集系统采集到的数，每隔20秒取一组数据，并做相应处理之后，得到图3。三种情况下质量损失曲线，1#火源可燃物损失质量最多大约900g左右，2#火源可燃物损失质量约为600g，3#火源可燃物损失质量最少约400g左右。图形走势可以看出质量损失速度大致呈现先缓慢后加速，达到拐点后速度再次降低，最后在速度极低接近于0。

质量损失速率，即单位时间内损失的质量，可通过计算图3曲线的斜率得到。对图中曲线所有点隔两个数取差值除以间隔时间，即可得到质量损失速率曲线，如图4所示。从图4可以看出电缆的质量损失率先增大后减小，在200s-500s之间有明显的跃升，且处于一个较高水平。此阶段火源热释放速率也随之增大。由图3可以看出200s-600s时间段可视为充分燃烧阶段，此阶段燃烧反应剧烈，质量损失占整个燃烧过程的75％左右。

请参阅图4，由4可知1#、2#、3#火源的最大质量损失速率分别为为6.0g/s、3.9g/s、2.6g/s，YZ型橡套电缆护套燃烧热值为11308.5kJ/kg，燃烧效率因子φ一般取0.8左右，由公式(7)计算得到，1#、2#、3#火源最大热释放速率分别为54.28kW、35.28kW、23.52kW。试验选取200s-600s燃烧相对旺盛阶段的平均热释放速率作为火源功率，研究电缆隧道火灾温度场分布规律。1#、2#、3#火源在该段平均质量损失速率分别为3.78g/s、2.66g/s、1.9g/s，对应热释放速率分别为34.19kW、24.06kW、17.19kW。

根据模型建立的相似理论，缩尺寸模型实验的热释放速率类比到电缆隧道全尺寸模型中1#、2#、3#火源对应最大热释放速率分别为846.22kW、550.01kW、366.68kW，平均热释放速率分比为533.02kW、375.09kW、279.06kW。电缆隧道布置电缆的案例中，电缆的布置情况是远大于3层的，真是火灾发生时对应火源功率应大于846.22kW，因此当电缆隧道中一次电缆发生火灾时，对二次电缆、控制电缆有较大危害。

请参阅图5，电缆隧道发生火灾时，除火源正上方受火舌直接烘烤温度较高以外，由于电缆隧道顶部聚集大量热烟气，温度也较高，严重影响隧道结构的稳定性。图5给出了3种不同火源功率下模型实验中电缆隧道顶部温度随时间的变化情况。一般火灾发生时，火场温度主要经历增长阶段、稳定阶段以及衰退阶段3个过程。在火灾的发展过程中，火焰前锋随着时间的推移沿着电缆表面不断向两侧传播，当火源处的连续火焰一分为二时，两个火焰前锋沿着相反方向移动。此时，燃烧热量对可燃物的热解能力大大降低，燃烧反应迅速降低，所以顶棚温度没有经过稳定阶段直接进入衰退阶段。1#火焰工况在电缆隧道顶部最高温度接近250℃，2#火焰工况在电缆隧道顶部最高温度约为175℃，3#火源大约为100℃。

火灾发生时，火羽流在浮力的作用下到达顶棚时，火羽流撞击顶棚壁面形成顶棚射流。顶棚射流在向前传播的过程中不断卷吸周围冷空气，热烟气层厚度不断增加，温度沿纵向不断衰减。

请参阅图6至图8，给出三种火源功率下，距火源正上方0m、1m、2m、3m、4m位置处温度随时间的变换情况。火源功率越大，纵向温度整体数值越大，升温速率越明显，反之升温速率越小。沿着纵向方向，顶部温度不断衰减，且衰减速率不断减小。

请参阅图9至图11，火源切面区域温度分布，可以看出0-90°夹角范围内各点温升趋势大致相同，都沿着山峰形曲线走势先是上升过程，然后迅速下降，最后是一个缓慢下降过程。其中，α为45°的温度测定温升最高，随着角度改变温度开始衰减，0°温度测点温升最低几乎没有多大变化。靠近火源点附近的几个温度测点温升差距较大，远离火源点的几个温度测定温升差距较小，甚至几条曲线出现交叉重合现象。

综上，本实施例试验通过开展缩尺寸电缆隧道火灾模型实验研究，对电缆隧道内一次电缆火灾情况下火灾热释放速率规模、顶部的最高温度、顶部温度沿纵向及火源切面温度的分布情况进行了分析和研究，结果表明：

1)电缆隧道内一次电缆火灾先后经历了增长阶段、充分燃烧阶段、衰退阶段，其中充分燃烧阶段反应较为剧烈，200s-600s阶段仅占燃烧时间的23％，却贡献了75％的质量损失；根据质量损失速率计算得小尺寸模型实验中1#、2#、3#火源燃烧旺盛阶段对应的平均热释放速率分别为34.19kW、24.06kW、17.19kW；根据相似原理全尺寸火灾试验中1#、2#、3#火源平均热释放速率分比为533.02kW、375.09kW、279.06kW。2)得到电缆隧道顶部各温度测定随时间和空间变化规律，发现顶部温度沿纵向呈衰减趋势。3)得到火源切面中心位置夹角0-90°范围内电缆隧道内壁的温度场横向分布情况，以及每个温度测定的温度随时间的变化情况。通过模拟试验得到的数据，根据表1中参数比例关系，可推导出全尺寸电缆隧道火灾发生时的火灾温度场，可以评估电缆隧道火灾危险性。

本发明使用于电缆隧道火灾实验，可以模拟电缆隧道火灾场景，分析电缆隧道火灾场景下的电缆燃烧行为、烟气运动特点、热释放速率，对电缆隧道的火灾探测及扑救进行研究，可有效分析一次电缆发生火灾时对二次电缆的危害。

Claims (10)

1.一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，包括：缩尺寸电缆隧道(1)、质量采集装置和温度采集装置；

缩尺寸电缆隧道(1)与待研究全尺寸电缆隧道几何形状相似；

缩尺寸电缆隧道(1)内设置有电缆安装架，电缆安装架用于安装实验用电缆；

质量采集装置用于采集实验用电缆的质量；质量采集装置的采集端设置在电缆安装架上，质量采集装置的输出端用于输出实时采集的电缆质量数据信息；

缩尺寸电缆隧道(1)的内壁上预设有多个温度测点；温度采集装置的采集端设置在每个温度测点处，温度采集装置的输出端用于输出实时采集的各个温度测点温度数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，还包括：图像采集装置；图像采集装置设置于缩尺寸电缆隧道(1)外，图像采集装置的采集端用于采集实验中电缆燃烧的图像信息，图像采集装置的输出端用于实时输出采集的图像信息。

3.根据权利要求2所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，所述图像采集装置包括高清网络摄像机(6)。

4.根据权利要求1所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，还包括：服务器；

服务器的信号接收端分别与质量采集装置和温度采集装置的输出端相连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，缩尺寸电缆隧道(1)根据待研究全尺寸电缆隧道，通过几何相似、运动相似以及动力相似获得。

6.根据权利要求1所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，质量采集装置包括：应变式拉压力传感器(2)和压力采集器(3)；

应变式拉压力传感器(2)安装在电缆安装架上，压力采集器(3)的采集端与应变式拉压力传感器(2)相连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，沿缩尺寸电缆隧道(1)的轴向方向设置有多层监测点，每层监测点中的温度测点均沿缩尺寸电缆隧道(1)的周向布置。

8.根据权利要求1所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，温度采集装置包括：温度数据采集器(5)和多个热电偶(4)；

热电偶(4)分别安装在各个温度测点，温度数据采集器(5)的采集端与每个热电偶(4)的输出端相连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验平台，其特征在于，质量采集装置的采集端设置有岩棉保护层。

10.一种用于电缆隧道火灾温度场特性模拟研究的实验方法，其特征在于，基于权利要求1至9中任一项所述的实验平台，包括以下步骤：

步骤1，将实验用电缆安装在电缆安装架上；

步骤2，使用点火器点燃实验用电缆；

步骤3，通过质量采集装置采集燃烧中电缆的实时质量数据，通过温度采集装置采集各个温度测点在电缆燃烧时的实时温度数据；

步骤4，通过步骤3获得的质量数据和温度数据，获得燃烧时电缆的质量损失率和热释放速率；通过质量损失率和热释放速率对电缆隧道火灾温度场特性进行模拟研究。