CN111968479A - 一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，属于火灾安全技术领域,包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统；所述实验台主体，包括有活动连接于支架上的隧道模型；所述峡谷风系统，包括活动连接于支架上的风机与整流箱，所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通；所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段。本发明结构简单，造价低廉，弥补了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不够精确的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际峡谷风对高海拔地区连桥隧道通风及隧道火灾影响都有很大的应用价值和重要的指导意义。

Description

一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置

技术领域

本发明涉及火灾安全技术领域，尤其是涉及一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置。

背景技术

我国地形复杂，多山地丘陵的地形，且随着国家长江经济带和中国西部大开发战略的深入实施，经济飞速发展，我国山区的隧道量也越来越多。由于山区地形特殊，有着许多起伏的山脉和深切的峡谷，导致山区的隧道不可避免地穿过峡谷地区。当气流从空旷区域吹向峡谷时，由于通过面积变小，它将被加速变成强烈的峡谷风。由于空气不能大量积聚，当其吹入隧道后，峡谷风将在隧道内部引起复杂的三维流场，这将对隧道内的空气流场结构及隧道火灾特征产生影响。

近年来，国内外一些研究人员对隧道、地铁等狭长空间火灾进行了大量的科学研究，在隧道火灾中的烟气流动规律以及火焰行为等方面均展开了研究，并取得了丰富的研究成果。同时也衍生出许多的隧道火灾模拟实验装置，这些装置主要由隧道主体、纵向风系统及其有关测控系统三部分组成。其中，隧道主体的主要特征有：隧道主体由隧道模型和支架组成，隧道主体的隧道模型横断面大多为矩形断面，隧道主体的支架底部带有滑轮，隧道模型布置于支架上，且隧道坡度可调节；隧道坡度的调节通过液压支杆来实现，需要配备液压装置，使得装置造价较高。

此外，在前人的隧道火灾研究中，池火是在隧道火灾实验中较为常用的一种模拟火源，其中燃烧速率和火焰行为是表征液池着火特性的基本参数，对于评估火灾风险具有重要价值。当池火自由燃烧时，火焰受热羽流和周围空气之间的密度差引起的浮力控制，火羽垂直上升。但是，当池火位于隧道内，且隧道内有风存在时，液池着火的特性(火焰高度、倾角及燃烧速率等) 会变得复杂化。前人对有风作用的隧道火灾也进行了许多研究，但均侧重于隧道纵向风作用下的隧道火灾研究，如：Lam and Weckman使用直径为2.0m 的Jet-A池火，纵向风速度为3-10m/s，研究了燃烧速率和火焰几何特征； Zhu等研究了不同纵向倾斜风下池火的燃烧率，火焰倾斜角和火焰长度。需要注意的是，在前人的纵向风作用下隧道火灾发展规律的研究中，考虑的风速大多低于5m/s，这是低海拔和非峡谷隧道中常见的风速范围。然而，在山区，峡谷风与纵向风有着很大的不同：峡谷风主要是强风，风速较高，有时甚至超过30m/s，且峡谷风的风向大多与隧道纵向成一定夹角。此外，峡谷地区隧道不同于一般的低海拔和非峡谷隧道，峡谷地区隧道大多与桥梁相连接，在研究峡谷风作用下的隧道火灾时，不仅要考虑峡谷风自身的风向和风速对隧道通风的影响，还要考虑与隧道相连的桥梁和山体坡面对隧道通风的影响。

所以不管是在理论上还是在实践上，都有必要设计一个考虑峡谷风作用的坡度可调式连桥隧道通风及连桥隧道火灾模拟实验装置，研究峡谷风对连接有桥梁的隧道的内流场特性和火灾特性，通过实验，探讨峡谷风作用下连接有桥梁和山体坡面的隧道的内气流场结构；探讨峡谷风作用下连桥隧道火灾的火焰行为及其烟气蔓延规律，考虑峡谷风的风速大小、方向、隧道山体坡度、隧道坡度、桥梁的桥面长度、火源类型及火源功率等因素。这将有助于充分了解峡谷风对峡谷地带连桥隧道火灾的影响，实验结果可为峡谷地区连桥隧道的防排烟建设提供依据和指导。本发明旨在为峡谷风作用下连接有桥隧连接段的隧道通风及隧道火灾研究提供一种多功能实验平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，能够模拟不同风向、风速的峡谷风作用于连接有桥梁的不同坡度的隧道，研究峡谷风作用下不同坡度的连桥隧道内空气流场结构以及连桥隧道火灾中的火焰行为、烟气蔓延规律。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统；

所述实验台主体，包括有活动连接于支架上的隧道模型；所述隧道模型是与实际隧道尺寸成1:20的比例构造，通过9段拼接而成的(每段2米，可根据实验需要，改变实验台的隧道长度)其两端口敞开；所述隧道模型拱顶采用2mm厚的钢板；所述隧道模型的一侧采用8mm厚的可视钢化玻璃，便于观察隧道内部火灾发展过程；隧道另一侧及底部均由8mm厚的钢板构成，所述隧道模型内衬有5mm厚的防火板。

所述峡谷风系统，包括活动连接于支架上的风机与整流箱，以及设于隧道模型一端用于模拟山体的山体挡板与设于隧道模型底部用于模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板，所述山体挡板表面铺设有不同规格纱布用以模拟不同覆盖程度的山体灌木；整个峡谷风系统长3.70m，风幕的截面尺寸为1.0m*1.0m。

该实验装置的峡谷风系统中的山体挡板竖直放置，用以模拟山体，其长、宽均为1.2m、厚为8mm，且可根据实验需要在挡板表面铺设不同规格纱布以模拟不同覆盖程度的山体灌木的存在；使得峡谷风作用下隧道通风及隧道火灾模拟实验更加接近真实，研究峡谷风作用下山体表面不同的灌木覆盖程度对隧道通风和火灾的影响。

该峡谷风系统中的模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板，其形状可根据隧道所接桥面与隧道的走向关系进行改变，本发明采用与隧道模型端面垂直的矩形仿桥钢板(模拟桥面与隧道走向一致的场景)，该仿桥钢板长度可调、宽度为0.49m、厚度为8mm，钢板一部分置于隧道内，一部分悬于隧道外，且可改变悬于隧道模型外的钢板的长度，模拟隧道连接不同的桥面长度，

所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通；所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段，所述整流段包括有内表面布置了单层纱布的整流前段以及蜂窝整流段，所述蜂窝整流段采用空心六菱塑料管蜂窝状布置；空心六菱塑料管的内接圆直径6mm,管长为25cm。

所述配套测控系统，包括有温度采集系统、风速采集系统、燃料质量采集系统、图像采集系统和烟气组分采集系统；所述温度采集系统包括位于隧道模型内部或隧道口的热电偶、热电偶树以及与热电偶、热电偶树电连接的温度采集仪；所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央的多个风速测点以及与风速测点电连接的数据处理装置；所述燃料质量采集系统包括用于燃料测重的电子天平和与电子天平电连接的数据处理装置；所述图像采集系统包括用于记录实验结果的摄像机；所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型内的烟气速度测点以及烟气组分测点。

所述温度采集系统包括有位于整条隧道模型顶棚中央下方沿着隧道模型走向排列的水平热电偶、竖直垂直于隧道模型所在中心直线的热电偶树若干、布置于隧道洞口的洞口热电偶以及布置于多段结构隧道模型的0-2m隧道段的顶部热电偶测点网阵，所述顶部热电偶测点网阵包括有沿隧道模型顶部矩阵布置的横向热电偶，所述水平热电偶、横向热电偶、洞口热电偶、热电偶树连接至温度采集仪上；

该实验装置的温度采集系统中的0-2m隧道段热电偶测点网阵是指沿隧道 0-2m隧道段纵向每0.25m布置一排横向热电偶，在0-2m的距离上共布置9排；每排热电偶共6个(不含顶棚下方中心线热电偶)，每个热电偶距离顶棚下方的距离均为1cm，热电偶处于弧顶扇形角度的八等分点上，以隧道顶棚下方中心线呈对称分布，共54个测点。

该温度测点网布置的意义在于：由于峡谷风的存在，火焰会发生旋转和摆动，顶棚下最高温度不再像自由通风或纵向通风时出现在火焰正上方或隧道中轴线上，需要通过密集的热电偶测点网阵阵来判断顶棚下方最高温度点的偏移。在这通过通过密集的热电偶测点网阵阵来判断火灾在峡谷风作用下烟气的蔓延规律，进而研究隧道内空气流畅的规律，且火焰的旋转现象基本只出现在进风口的前2m，所以该装置只在前两米内布置温度测点网；该测点网长度为2m,所以测点网恰好布置在第一段隧道内，该装置后续根据实验需要，移动该段隧道至隧道主体的不同位置，以减少再次布置隧道测点网的工作。

所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央沿着隧道模型走向布置的多个L型皮托管测点以及与L型皮托管测点电连接的数据处理装置。

所述图像采集系统包括位于实验台正面的摄像机一和位于实验台侧面的摄像机二。

所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型顶棚中央下方、沿着隧道模型走向排列的烟气速度测点以及位于隧道中央的烟气组分测点。

所述用于固定隧道模型以及实验台的支架包括有用于承载物体的横杆以及架起横杆的竖杆，所述竖杆上竖直开有滑槽，所述横杆两端滑动连接于竖杆滑槽上，所述横杆两端通过配套连接的左右螺帽固定于竖杆上，所述每根竖杆下部接有滑轮；支架采用角钢搭建，竖杆高为2m、宽为50mm、厚为8mm，且每根竖杆滑槽长为1500mm、宽为10mm；横杆为圆柱形铁杆，长为0.8-1.2m，截面直径为10mm，横杆两端螺纹直径为10mm；

用于固定实验台的支架，采用3对竖杆(6根)，风机下部布置一对竖杆，整流箱布置两对竖杆；固定实验台中共有3根横杆，横杆可沿风机和整流箱底部滑移；实验可通过调节风机内的风速调节器，改变峡谷风风速，风速范围为0-35m/s；该装置可通过移动滑轮，实现风攻角α(峡谷风与隧道纵向中心线在水平面的夹角)的大小在0°-360°范围内的连续变化；该装置的峡谷风系统可通过调节不同位置横杆相对高度，改变实验台峡谷风系统的倾角，实现倾角在45°-﹣45°范围内的连续变化，通过移动滑轮和调节横杆高度差，该装置可模拟不同角度峡谷风作用于隧道模型，研究不同峡谷风风向对隧道火灾的影响；

用于固定隧道模型的支架，每根竖杆的纵向间距为1m，起始位置为0.5m (以隧道模型最左端面为零点)，两排竖杆的横间距为1m；该支架可通过改变不同位置的横杆的相对高度，来实现对隧道坡度在0-45°内的连续变化，进而研究峡谷风作用下不同隧道坡度对隧道火灾的影响；

所述峡谷风系统中的风机与整流箱通过橡胶连接；所述平接段、整流前段、蜂窝整流段以及稳流段的相接处均设有双层纱布，所述稳流段的出风口也设置有双层纱布；所述纱布为40×40目纱布，两层纱布呈45°夹角进行叠合布置，从而提高整流效果；

该实验装置的峡谷风系统中的风机与整流箱通过橡胶连接(软接)，连接段用钢条压实并用胶带密封，该软接部分会受风鼓起，便于稳定连接段内的空气压强，提高整流效果；软接段有效削弱了风机对整流箱的机械振动影响，提高整流效果。

所述实验燃料采用乙醇燃料，可以燃烧完全，无烟粒子污染。

优点和积极效果

本发明结构简单，成本不高，能够模拟不同方向和不同风速的峡谷风作用于接有桥隧连接段的隧道(以下简称为连桥隧道)，隧道坡度可调节，研究峡谷风作用下不同坡度隧道内空气流场结构以及隧道火灾中的火焰行为、烟气蔓延规律。装置包括实验台主体、可移动的倾角可调的峡谷风系统以及配套测控系统，按照小尺度模型比例1:20设计，是首个专门针对峡谷风作用下不同坡度的连桥隧道内的空气流场结构、火灾热释放速率、火焰行为、温度分布和烟气蔓延特征参数分布等进行全面系统研究的实验装置；首个考虑多角度峡谷风作用下的连桥隧道通风及隧道火灾模拟实验装置，其中即考虑了峡谷风的三维方向和风速的不同，也考虑了隧道山体倾角的不同和与隧道相连的桥梁桥面长度的不同。同时保证了实验的可重复性与易操作性，对高海拔区域中接有桥隧连接段的隧道开展隧道通风及隧道火灾特征的研究具有重要的实际意义和广阔的应用前景。

(1)本发明的隧道模型是由9段2m长的隧道段组成，可拆接，使得实验台适用于多种不同长度的隧道火灾模拟实验，有效提高实验台的利用效率，减少因模拟隧道长度变化而造成的材料浪费；

(2)对于支架部分，本发明通过两排开有滑槽可插入横杆的竖杆，实验可通过改变不同位置处的横杆高差，达到改变隧道坡度的目的，研究峡谷风作用下不同隧道坡度对隧道火灾的影响，且相比于液压控制的坡度可调式隧道火灾实验装置，本发明造价更低；

(3)本发明在隧道的0-2m隧道(左侧第一段隧道)内布置了温度测点网，可研究峡谷风作用下隧道火灾中火焰行为的影响和隧道内烟气蔓延的影响；且测点网布恰好置于一段隧道内，该装置后续根据实验需要，移动该段隧道至隧道主体的不同位置，以减少再次布置隧道测点网的工作。

(4)本发明中的峡谷风系统中的山体挡板的存在，且该装置可根据实验要求，在迎风面增减纱布，以改变山体挡板表面的粗糙度(模拟山体上灌木的存在)，研究峡谷风作用下山体表面不同的灌木覆盖程度对隧道通风和火灾的影响。

(5)本发明中的峡谷风系统中模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板的悬空长度可调节，研究峡谷风作用下隧道连接不同桥面长度对隧道火灾的影响；且可以根据实验需要变更钢板的形状，研究不同的桥与隧道走向关系对隧道火灾的影响。

(6)本发明的峡谷风系统中，风机与整流箱通过橡胶连接(软接)，连接段用钢条压实并用胶带密封。该软接部分会受风鼓起，便于稳定连接段内的空气压强，提高整流效果。且软接部分使得风机和整流箱的移动更加独立，便于整流箱位置及角度的调整，同样软接段也削弱了风机对整流箱的机械振动影响；

(7)本发明中选用市面上容易买到的40×40目整流纱布，在整流时通过双层纱布的转角45°叠合，提高整流效果，且控制住了实验成本及材料购买难度；

(8)本发明的蜂窝整流段，采用空心六菱柱管，便于管与管的衔接，降低了管与管连接处的材料厚度，即降低通风阻力，改善整流效果；

(9)本发明在安全性和环境友好方面，采用乙醇油池火燃烧充分完全，产物清洁，环境友好，无污染，对人体无不良刺激；

(10)本发明可通过通过移动滑轮、调节横杆高度差和风机内风速调节器，模拟不同方向、风速的峡谷风作用于连桥隧道，再加上实验测量系统，先进完备的温度采集系统、风速采集系统、烟气成分采集系统、燃料质量采集系统和图像采集系统等可以对峡谷风作用下坡度可调的连桥隧道通风及隧道火灾进行全方位的观测和研究。

本实验装置按照比例1:20设计是首个考虑峡谷风作用下不同坡度的连桥隧道通风及火灾模拟实验装置，其中即考虑了峡谷风的不同方向和风速，也考虑了隧道山体倾角的不同和与隧道相连的桥梁桥面长度的不同。是首个专门对峡谷风作用下不同坡度的连桥隧道火灾热释放速率、烟气流动、温度分布、火焰形态等进行全面系统研究的实验装置。弥补了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不够精确的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际峡谷风对高海拔地区连桥隧道通风及隧道火灾影响都有很大的应用价值和重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的剖面图；

图3为本发明实验台主体的侧视图；

图4为本发明实验装置测点布置的分布前视图；

图5为本发明实验装置的竖向热电偶树分布侧视图；

图6为本发明实验装置的烟气组分测点的分布前视图；

图7为本发明实验装置0-2m隧道段热电偶测点网阵的横向热电偶分布侧视图；

图8为本发明实验装置洞口热电偶分布示意图；

图9为本发明图2标记A处的截面图。

图中：1-实验台；2-峡谷风系统；3-配套测控系统；4-支架；5-隧道模型；6-风机；7-整流箱；8-山体挡板；9-仿桥钢板；10-软接段；11-平接段； 12-整流段；13-稳流段；14-整流前段；15-蜂窝整流段；16-单层纱布；17- 水平热电偶；18-热电偶树；19-横向热电偶；20-洞口热电偶；21-温度采集仪； 22-L型皮托管测点；23-摄像机一；24-摄像机二；25-烟气速度测点；26-烟气组分测点；27-横杆；28-竖杆；29-滑槽；30-滑轮；31-双层纱布。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-9，一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，包括有实验台1主体、峡谷风系统2以及配套测控系统3；

所述实验台1主体，包括有活动连接于支架4上的隧道模型5；

所述隧道模型5是由与实际隧道尺寸成1:20比例的构造而成，隧道模型 5长18m，高0.6m，宽0.5m(隧道截面为马蹄形，其中下半部矩形高为0.3，上半部弧形的圆心角为135°，半径为0.33m)；隧道模型5通过9段拼接而成的(每段2米)，可根据实验需要，改变实验台的隧道长度；其两端口敞开；所述隧道模型5拱顶采用2mm厚的钢板；所述隧道模型5的一侧采用8mm 厚的可视钢化玻璃，便于观察隧道内部火灾发展过程；隧道模型5另一侧及底部均由8mm厚的钢板构成，所述隧道模型5内衬有5mm厚的防火板。

所述用于固定隧道模型5以及实验台1的支架4包括有用于承载物体的横杆27以及架起横杆27的竖杆28，所述竖杆28上竖直开有滑槽29，所述横杆27两端滑动连接于竖杆28滑槽29上，所述横杆27两端通过配套连接的左右螺帽30固定于竖杆28上，所述每根竖杆28下部接有滑轮30。支架4 采用角钢搭建，竖杆28高为2m、宽为50mm、厚为8mm，且每根竖杆28滑槽 29长为1500mm、宽为10mm；横杆27为圆柱形铁杆，长为0.8-1.2m，截面直径为10mm，横杆27两端螺纹直径为10mm；

用于固定实验台1的支架，采用3对竖杆(6根)，风机下部布置一对竖杆，整流箱布置两对竖杆；固定实验台中共有3根横杆，横杆可沿风机和整流箱底部滑移；实验可通过调节风机内的风速调节器，改变峡谷风风速，风速范围为0-35m/s；该装置可通过移动滑轮，实现风攻角α(峡谷风与隧道纵向中心线在水平面的夹角)的大小在0°-360°范围内的连续变化；该装置的峡谷风系统可通过调节不同位置横杆相对高度，改变实验台峡谷风系统的倾角，实现倾角在45°-﹣45°范围内的连续变化，通过移动滑轮和调节横杆高度差，该装置可模拟不同角度峡谷风作用于隧道模型，研究不同峡谷风风向对隧道火灾的影响；

用于固定隧道模型5的支架，每根竖杆的纵向间距为1m，起始位置为0.5m (以隧道模型最左端面为零点)，两排竖杆的横间距为1m；该支架可通过改变不同位置的横杆的相对高度，来实现对隧道坡度在0-45°内的连续变化，进而研究峡谷风作用下不同隧道坡度对隧道火灾的影响；

所述峡谷风系统2，包括活动连接于支架4上的风机6与整流箱7，以及设于隧道模型5一端用于模拟山体的山体挡板8与设于隧道模型5底部用于模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板9，所述山体挡板8表面铺设有不同规格纱布用以模拟不同覆盖程度的山体灌木；整个峡谷风系统长3.70m，风幕的截面尺寸为1.0m*1.0m。

该实验装置的峡谷风系统2中的山体挡板8竖直放置，用以模拟山体，其长、宽均为1.2m、厚为8mm，且可根据实验需要在挡板表面铺设不同规格纱布以模拟不同覆盖程度的山体灌木的存在；使得峡谷风作用下隧道通风及隧道火灾模拟实验更加接近真实，研究峡谷风作用下山体表面不同的灌木覆盖程度对隧道通风和火灾的影响。

该峡谷风系统中的模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板9，其形状可根据隧道所接桥面与隧道的走向关系进行改变，本发明采用与隧道模型5端面垂直的矩形仿桥钢板9(模拟桥面与隧道走向一致的场景)，该仿桥钢板9长度可调、宽度为0.49m、厚度为8mm，仿桥钢板9一部分置于隧道模型5内，一部分悬于隧道模型5外，且可改变悬于隧道模型5外的钢板的长度，模拟隧道连接不同的桥面长度，

所述风机6的出风口与整流箱通过软接段10相互联通；所述整流箱7包括有依次连接的平接段11、整流段12以及稳流段13，所述整流段12包括有内表面布置了单层纱布16的整流前段14以及蜂窝整流段15，所述蜂窝整流段15采用空心六菱塑料管蜂窝状布置；空心六菱塑料管的内接圆直径6mm, 管长为25cm。。

所述配套测控系统3，包括有温度采集系统、风速采集系统、燃料质量采集系统、图像采集系统和烟气组分采集系统；

所述温度采集系统包括有位于整条隧道模型5顶棚中央下方沿着隧道模型5走向排列的水平热电偶17、竖直垂直于隧道模型5所在中心直线的热电偶树18若干、布置于隧道洞口的洞口热电偶19以及布置于多段式隧道模型5 的0-2m隧道段的顶部热电偶测点网阵，所述顶部热电偶测点网阵包括有沿隧道模型5顶部矩阵布置的横向热电偶19，所述水平热电偶、横向热电偶、洞口热电偶、热电偶树连接至温度采集仪21上。

所述风速采集系统包括有位于隧道模型5中央沿着隧道模型走向布置的多个L型皮托管测点22以及与L型皮托管测点22电连接的数据处理装置；

所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型顶棚中央下方、沿着隧道模型走向排列的烟气速度测点25以及位于隧道中央的烟气组分测点26；

所述图像采集系统包括位于实验台正面的摄像机一23和位于实验台侧面的摄像机二24。

参见图4，在隧道纵向中心顶棚下方1cm处布置一束水平热电偶17，水平间距为0.25m，共73个测点；风速测点22距离隧道底部0.1m，水平间距为1.0m，第一个测点布置在X＝0.5m的位置，共20个测点；烟气速度测点25 布置在顶棚下方2cm，水平间距为1.0m，第一个测点布置在X＝0.5m的位置，共20个测点；温度采集仪21布置在纵向中心顶棚下方0.2m，纵向位置为 2m/16m，共2个测点；运用2台位于实验台正面的摄像机一23和位于实验台侧面的摄像机二24，对火羽流行为及火焰形态进行视频记录；

如图5热电偶树18布置侧视图所示，每束热电偶树18有16个测点，从上往下，第1-5热电偶之间距离为0.02m，第5-12热电偶之间距离为0.03，第12-16热电偶之间的距离为0.04吗，最下方热电偶(第16个热电偶)距离地面高度为0.02m，热电偶树18布置位置： -0.08m/0m/0.08m/2m/4m/6m/8m/9m/11m/12m/14m/16m/18m，共208个测点。

参见图6，在隧道纵向中心线下方0.2m/0.4m各布置两个烟气组分测点 26，其纵向位置分别位于火池的上下游距离火池中心各2m位置。

参见图7，沿隧道纵向每0.25m布置一排横向热电偶19，在0-2m的隧道段距离上共布置9排；每排热电偶共6个(不含顶棚下方中心线热电偶)，每个热电偶距离顶棚下方的距离均为1cm，热电偶处于弧顶扇形角度的八等分点上，以隧道顶棚下方中心线呈对称分布，共54个测点。该温度测点网布置的意义在于：由于峡谷风的存在，火焰会发生旋转和摆动，顶棚下最高温度不再像自由通风或纵向通风时出现在火焰正上方或隧道中轴线上，需要通过密集的热电偶测点网阵阵来判断顶棚下方最高温度点的偏移。在这通过通过密集的热电偶测点网阵阵来判断火灾在峡谷风作用下烟气的蔓延规律，进而研究隧道内空气流畅的规律，且火焰的旋转现象基本只出现在进风口的前2m，所以该装置只在前两米内布置温度测点网。

参见图8，在正视隧道加环境风端洞口右侧设置洞口热电偶20，以监测烟气溢出，若此处热电偶树测点可以测到明显温升，则证明有烟气溢出。隧道洞口处以隧道中心线为等分线，在右侧弧段角度八等分点处布置热电偶，共计8个(含0位置处横向热电偶和顶棚下方中心线热电偶)，位置处于顶棚下方1cm处，右侧热电偶树布置间距为3cm，共计10个。

所述燃料质量采集系统包括用于燃料测重的电子天平和与电子天平电连接的数据处理装置；所述燃料及火源位于隧道内部；燃料及火源的支架放在电子天平上，测量燃烧过程中燃料质量的变化；

所述峡谷风系统中的风机6与整流箱7通过橡胶连接；所述平接段11、整流前段14、蜂窝整流段15以及稳流段13的相接处均设有双层纱布31，所述稳流段16的出风口也设置有双层纱布31；所述纱布为40×40目纱布，两层纱布呈45°夹角进行叠合布置，从而提高整流效果；

该实验装置的峡谷风系统中的风机与整流箱通过橡胶连接(软接)，连接段用钢条压实并用胶带密封，该软接部分会受风鼓起，便于稳定连接段内的空气压强，提高整流效果；软接段有效削弱了风机对整流箱的机械振动影响，提高整流效果。

所述实验燃料采用乙醇燃料，可以燃烧完全，无烟粒子污染。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统；

所述实验台主体，包括有活动连接于支架上的隧道模型；所述隧道模型为多段式可拆卸结构相互连接而成；

所述峡谷风系统，包括活动连接于支架上的风机与整流箱，以及设于隧道模型一端用于模拟山体的山体挡板与设于隧道模型底部用于模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板，所述山体挡板表面铺设有不同规格纱布用以模拟不同覆盖程度的山体灌木；所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通；所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段，所述整流段包括有内表面布置了单层纱布的整流前段以及蜂窝整流段，所述蜂窝整流段采用空心六菱塑料管蜂窝状布置；

所述配套测控系统，包括有温度采集系统、风速采集系统、燃料质量采集系统、图像采集系统和烟气组分采集系统；所述温度采集系统包括位于隧道模型内部或隧道口的热电偶、热电偶树以及与热电偶、热电偶树电连接的温度采集仪；所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央的多个风速测点以及与风速测点电连接的数据处理装置；所述燃料质量采集系统包括用于燃料测重的电子天平和与电子天平电连接的数据处理装置；所述图像采集系统包括用于记录实验结果的摄像机；所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型内的烟气速度测点以及烟气组分测点。

2.根据权利要求1所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述温度采集系统包括有位于整条隧道模型顶棚中央下方沿着隧道模型走向排列的水平热电偶、竖直垂直于隧道模型所在中心直线的热电偶树若干、布置于隧道洞口的洞口热电偶以及布置于多段结构隧道模型的其中一段的顶部热电偶测点网阵，所述顶部热电偶测点网阵包括有沿隧道模型顶部矩阵布置的横向热电偶，所述水平热电偶、横向热电偶、洞口热电偶、热电偶树连接至温度采集仪上。

3.根据权利要求2所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央沿着隧道模型走向布置的多个L型皮托管测点以及与L型皮托管测点电连接的数据处理装置。

4.根据权利要求3所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述图像采集系统包括位于实验台正面的摄像机一和位于实验台侧面的摄像机二。

5.根据权利要求4所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型顶棚中央下方、沿着隧道模型走向排列的烟气速度测点以及位于隧道中央的烟气组分测点。

6.根据权利要求1所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述用于固定隧道模型以及实验台的支架包括有用于承载物体的横杆以及架起横杆的竖杆，所述竖杆上竖直开有滑槽，所述横杆两端滑动连接于竖杆滑槽上，所述横杆两端通过配套连接的左右螺帽固定于竖杆上，所述每根竖杆下部接有滑轮。

7.根据权利要求6所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述隧道模型拱顶采用钢板材质；所述隧道模型的一侧采用可视钢化玻璃材质，隧道另一侧及底部由钢板构成，所述隧道模型内衬有防火板。

8.根据权利要求7所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述峡谷风系统中的风机与整流箱通过橡胶连接；所述平接段、整流前段、蜂窝整流段以及稳流段的相接处均设有双层纱布，所述稳流段的出风口也设置有双层纱布；所述纱布为40×40目纱布，两层纱布呈45°夹角进行叠合布置。

9.根据权利要求1所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置，其特征在于：所述实验燃料采用乙醇燃料。

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