CN112985857A - 隧道排烟试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道烟气控制技术领域，提供了一种隧道排烟试验系统及试验方法。该系统包括两个相互平行且间隔设置的主隧道；两个主隧道之间形成有上下分布的侧向排烟通道和疏散通道，侧向排烟通道的两端分别设有侧向风机，侧向排烟通道的两侧分别通过多个可开闭的通风口与相邻的主隧道连通；主隧道包括多个沿其宽度方向依次设置的车道，主隧道的上方设有主排烟通道，主排烟通道的底部通过多个可开闭的排烟口与主隧道连通，主排烟通道的两端分别设有主风机；主隧道内安装有测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置。本发明不仅可以实现主隧道的顶部和侧向协同排烟，而且还可以同时兼顾烟气对疏散通道的影响、真实模拟发生火灾时车辆阻塞的情况。

Description

隧道排烟试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及隧道烟气控制技术领域，尤其涉及一种隧道排烟试验系统及试验方法。

背景技术

目前，对隧道火灾的烟气模拟研究通常集中在单一的侧向通风或顶部排烟，从而存在纵向风速过小、通风排烟效果差的问题。此外，现有的模拟研究通常以单洞二车道的隧道为主，隧道横截面积小，无法真实模拟大断面单向多车道发生火灾时车辆阻塞的情况，同时也没有考虑并涉及到烟气对疏散通道的影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种隧道排烟试验系统，以实现主隧道的顶部和侧向协同排烟，同时兼顾烟气对疏散通道的影响、真实模拟发生火灾时车辆阻塞的情况。

根据本发明第一方面实施例的隧道排烟试验系统，包括两个相互平行且间隔设置的主隧道；两个所述主隧道之间形成有上下分布的侧向排烟通道和疏散通道，所述侧向排烟通道位于所述疏散通道的上方，所述疏散通道的两侧分别通过疏散门与相邻的所述主隧道连通，所述侧向排烟通道的两端分别设有侧向风机，所述侧向排烟通道的两侧分别通过多个可开闭的通风口与相邻的所述主隧道连通；所述主隧道包括多个沿其宽度方向依次设置的车道，所述主隧道的上方设有沿其长度方向延伸的主排烟通道，所述主排烟通道的底部通过多个可开闭的排烟口与所述主隧道连通，所述主排烟通道的两端分别设有主风机；所述主隧道内安装有测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置，所述主风机、所述侧向风机、所述测温装置、所述烟气成分检测装置和所述风速检测装置均与控制器电连接。

根据本发明实施例的隧道排烟试验系统，通过设置两个具有多个车道的主隧道，并在主隧道上方设置主排烟通道、在两个主隧道之间设置上下分布的侧向排烟通道和疏散通道，不仅可以利用可开闭的排烟口和通风口实现主隧道与主排烟通道和侧向排烟通道的连通，也即实现主隧道的顶部和侧向协同排烟，而且还可以兼顾烟气对疏散通道的影响、真实模拟发生火灾时车辆阻塞的情况。

另外，根据本发明实施例的隧道排烟试验系统，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述测温装置包括测温光纤和温度采集模块，所述测温光纤沿所述主隧道的长度方向延伸，所述测温光纤通过所述温度采集模块与所述控制器电连接。

根据本发明的一个实施例，所述测温光纤靠近所述主隧道的顶面设置。

根据本发明的一个实施例，所述烟气成分检测装置包括多个烟气采集探头和烟气分析模块，多个所述烟气采集探头沿所述主隧道的长度方向间隔设置，所述烟气采集探头通过所述烟气分析模块与所述控制器电连接，所述烟气分析模块用于分析所述烟气采集探头采集的烟气中各成分的浓度。

根据本发明的一个实施例，所述烟气采集探头的安装高度与人眼高度相适应。

根据本发明的一个实施例，所述风速检测装置包括多个风速采集探头和风速分析模块，多个所述风速采集探头沿所述主隧道的长度方向间隔设置，所述风速采集探头通过所述风速分析模块与所述控制器电连接。

根据本发明的一个实施例，所述风速采集探头的安装高度与所述通风口的高度相适应。

根据本发明的一个实施例，所述主隧道的底面沿其长度方向间隔设置有多个操作窗。

根据本发明第二方面实施例的隧道排烟试验方法，包括以下步骤：

将火源位置设置在所述主隧道中的其中一个车道上；

在所述火源位置的周围放置多个车辆模型，以模拟车辆阻塞的情形；

在所述主隧道处于不同通风联动模式的情况下，将燃料放置于所述火源位置并点燃；其中，所述通风联动模式基于所述排烟口的开启数量、所述通风口的开启数量以及所述主风机和所述侧向风机的工作模式确定；

采集不同所述通风联动模式下所述主隧道的烟气温度、烟气成分和风速，以确定排烟效率较高的所述通风联动模式；

在所述排烟效率较高的所述通风联动模式下，调节所述主风机和所述侧向风机的风量；

采集不同风量下所述主隧道的烟气温度、烟气成分和风速，以确定最优的风量。

根据本发明的一个实施例，所述主风机和所述侧向风机的工作模式包括排烟模式和送风模式。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明通过设置两个具有多个车道的主隧道，并在主隧道上方设置主排烟通道、在两个主隧道之间设置上下分布的侧向排烟通道和疏散通道，不仅可以利用可开闭的排烟口和通风口实现主隧道与主排烟通道和侧向排烟通道的连通，也即实现主隧道的顶部和侧向协同排烟，而且还可以兼顾烟气对疏散通道的影响、真实模拟发生火灾时车辆阻塞的情况。从而，利用该隧道排烟试验系统进行试验时，通过改变排烟口和通风口的开启数量、主风机和侧向风机的工作模式以及主风机和侧向风机的风量，同时利用设置在主隧道内的测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置实时检测相应参数的变化就可确定出达到最佳排烟效率所需开启的排烟口和通风口数量、主风机和侧向风机的工作模式以及主风机和侧向风机的风量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中一种隧道排烟试验系统的俯视透视示意图之一；

图2是本发明实施例中一种隧道排烟试验系统的仰视透视示意图；

图3是本发明实施例中一种隧道排烟试验系统的正视示意图；

图4是本发明实施例中一种隧道排烟试验系统的左视示意图；

图5是图4在A-A处的剖视示意图；

图6是本发明实施例中一种隧道排烟试验系统的俯视透视示意图之二；

图7是本发明实施例中一种隧道排烟试验系统的正视透视示意图之二；

图8是本发明实施例中主隧道的俯视示意图。

附图标记：

100、主隧道；110、行车道；120、应急车道；130、操作窗；

200、侧向排烟通道；210、通风口；300、疏散通道；

310、疏散门；400、主排烟通道；410、排烟口；500、主风机；

600、侧向风机；700、测温光纤；800、烟气采集探头；

900、风速采集探头。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

结合图1至图5所示，本发明实施例提供了一种隧道排烟试验系统，该试验系统包括两个相互平行且间隔设置的主隧道100；两个主隧道100之间形成有上下分布的侧向排烟通道200和疏散通道300，侧向排烟通道200位于疏散通道300的上方，疏散通道300的两侧分别通过疏散门310与相邻的主隧道100连通，侧向排烟通道200的两端分别设有侧向风机600，侧向排烟通道200的两侧分别通过多个可开闭的通风口210与相邻的主隧道100连通；主隧道100包括多个沿其宽度方向依次设置的车道，主隧道100的上方设有沿其长度方向延伸的主排烟通道400，主排烟通道400的底部通过多个可开闭的排烟口410与主隧道100连通，主排烟通道400的两端分别设有主风机500；主隧道100内安装有测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置，主风机500、侧向风机600、测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置均与控制器电连接。其中，控制器可以但不限于是计算机或单片机。

如图7所示，每个主隧道100被划分为四个车道，其中三个车道为行车道110，另外一个车道为应急车道120，应急车道120靠近疏散通道300设置。主排烟通道400位于主隧道100上方的中央，且主排烟通道400的两端探出主隧道100。如图1所示，以三个排烟口410为一组，各组排烟口410沿主排烟通道400的长度方向间隔设置，排烟口410安装有调节风阀以实现排烟口410的开闭。

试验前，将测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置安装在主隧道100内。例如，如图6所示，测温装置包括测温光纤700和温度采集模块时，主隧道100的四个车道上方均安装有测量量程为0℃～127℃、测量精度为0.125℃、测量误差为±0.1％的测温光纤700，测温光纤700沿主隧道100的长度方向延伸，测温光纤700靠近主隧道100的顶面设置，例如，如图8所示测温光纤700设置在主隧道100顶面下方5cm处，测温光纤700通过温度采集模块与控制器电连接，温度采集模块可选用型号为LTM-8000的采集模块。当然，侧向排烟通道200内也可以设置测温光纤700，侧向排烟通道200内的测温光纤700可设于侧向排烟通道200顶面下方的5cm处。如图6和图8所示，烟气成分检测装置包括多个烟气采集探头800和烟气分析模块，主隧道100中设有两排烟气采集探头，每排烟气采集探头包括多个沿主隧道100的长度方向间隔设置烟气采集探头800，烟气采集探头800的安装高度与人眼高度相适应，也就是说，烟气采集探头800的安装高度等于、略低于或略高于人眼高度，烟气采集探头800通过烟气分析模块与控制器电连接，烟气分析模块用于分析烟气采集探头800采集的烟气中各成分的浓度。如图6和图8所示，风速检测装置优选采用型号为KIMO-CTV115、测量量程为0m/s～30m/s、测量精度为0.01m/s、测量频率为1Hz、测量误差为±0.05％的热线式风速温度变送器，具体地，风速检测装置包括多个风速采集探头900和风速分析模块，主隧道100内两排烟气采集探头800之间设有一排风速采集探头，这一排风速采集探头包括多个沿主隧道100的长度方向间隔设置的风速采集探头900，风速采集探头900的安装高度与通风口210的高度相适应，风速采集探头900通过风速分析模块与控制器电连接。

采用上述隧道排烟试验系统进行隧道排烟试验时，包括以下步骤：

首先，选择主隧道100中的其中一个车道作为设置火源的车道。例如，可将火源位置设置在主隧道100中的其中一个车道的中央；

然后，在火源位置的周围放置多个车辆模型，以模拟车辆阻塞的情形；

接着，调节排烟口410的开启数量、通风口210的开启数量以及主风机500和侧向风机600的工作模式，以使主隧道100处于不同的通风联动模式下，也就是说，通过改变上述其中一个变量就可获得一种通风联动模式。例如，可使主排烟通道400内的其中一个主风机500运行在排烟模式下，同时使另外一个主风机500运行在送风模式下；或者，使主排烟通道400内的两个主风机500都运行在排烟模式下。同理，也可使侧向排烟通道200内的其中一个侧向风机600运行在排烟模式下，同时使另外一个侧向风机600运行在送风模式下；或者，使侧向排烟通道200内的两个侧向风机600均运行在排烟模式下。针对每种通风联动模式，在完成调节以后将甲醇、乙醇、汽油或液化气等至少一种燃料放置于火源位置并利用油池火或者气体火点燃。如图1和图4所示，在燃料被点燃后，主隧道100内燃料燃烧产生的烟气就会通过排烟口410和通风口210分别进入主排烟通道400和侧向排烟通道200。在主风机500的驱动下进入主排烟通道400的烟气沿主隧道100的长度方向扩散，与此同时，在侧向风机600的驱动下进入侧向排烟通道200的烟气则沿侧向排烟通道200的长度方向扩散。在此过程中，实时采集主隧道100的烟气温度、烟气成分和风速：

当测温装置包括测温光纤700和温度采集模块时，根据光纤测温原理可知，当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，该激光脉冲会沿着光纤向前传播。在此过程中，激光脉冲与光纤内部分子发生非弹性碰撞而发生散射，其产生的拉曼后向散射光中的后向反斯托克斯光对温度敏感，即散射区的温度越高后向反斯托克斯光的强度越大。由此，温度采集模块基于光时域反射技术对拉曼后向散射光进行处理后，便可得到光纤沿线任一散射区对应的温度信号。而由于测温光纤700沿主隧道100的长度方向延伸，因此温度采集模块利用光纤上各个散射区散射的拉曼后向散射光便可计算出主隧道100沿路任意区域的温度。在此基础上，控制器根据温度采集模块反馈的温度便可确定烟气扩散的速度。以主隧道100内距离火源位置Lcm的A位置为例，当燃料燃烧产生的烟气扩散至A位置时，测温光纤700在此处的散射区温度升高，采集模块将采集到的温度信号发送给控制器以后，控制器根据此处温度发生变化的时间和A位置与火源位置的间距Lcm便可计算出烟气的扩散速度。

当烟气成分检测装置包括多个烟气采集探头800和烟气分析模块时，由于多个烟气采集探头800沿主隧道100的长度方向延伸，因此烟气分析模块通过分析任意一个烟气采集探头800采集的烟气便可获得该位置处烟气中颗粒物、CO₂、CO、NOx等成分的浓度，与此同时，烟气分析模块将获得的烟气中各成分浓度发送给控制器。

当风速检测装置包括风速采集探头900和风速分析模块时，由于多个风速采集探头900沿主隧道100的长度方向延伸，因此风速分析模块通过分析任意一个风速采集探头900采集的气流便可获得该位置处的风速，与此同时，风速分析模块将获得的风速发送给控制器。

由此，控制器通过比较在不同通风联动模式下烟气的扩散速度、烟气中各成分浓度和风速便能确定出排烟效率较高的通风联动模式，也即，在采用相同燃料的情况下，烟气扩散速度越快、烟气中各成分浓度越小、风速越大，则说明该通风联动模式的排烟效率越高。

接下来，在排烟效率较高的通风联动模式下，调节主风机500和侧向风机600的风量；

最后，采集不同风量下主隧道100的烟气温度、烟气成分和风速，以确定最优的风量。

可见，通过上述步骤便可确定出达到最佳排烟效率所需开启的排烟口410和通风口210数量、主风机500和侧向风机600的工作模式以及主风机500和侧向风机600的风量。

由上可知，本发明实施例通过设置两个具有多个车道的主隧道100，并在主隧道100上方设置主排烟通道400、在两个主隧道100之间设置上下分布的侧向排烟通道200和疏散通道300，不仅可以利用可开闭的排烟口410和通风口210实现主隧道100与主排烟通道400和侧向排烟通道200的连通，也即实现主隧道100的顶部和侧向协同排烟，而且还可以兼顾烟气对疏散通道300的影响、真实模拟发生火灾时车辆阻塞的情况。从而，利用该隧道排烟试验系统进行试验时，通过改变排烟口410和通风口210的开启数量、主风机500和侧向风机600的工作模式以及主风机500和侧向风机600的风量，同时利用设置在主隧道100内的测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置实时检测相应参数的变化就可确定出达到最佳排烟效率所需开启的排烟口410和通风口210数量、主风机500和侧向风机600的工作模式以及主风机500和侧向风机600的风量。

另外，如图2所示，为了便于测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置的安装，主隧道100的底面沿其长度方向间隔设置有多个操作窗130。其中，操作窗130优选为40cm×40cm的正方形操作窗130。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种隧道排烟试验系统，其特征在于，包括两个相互平行且间隔设置的主隧道；两个所述主隧道之间形成有上下分布的侧向排烟通道和疏散通道，所述侧向排烟通道位于所述疏散通道的上方，所述疏散通道的两侧分别通过疏散门与相邻的所述主隧道连通，所述侧向排烟通道的两端分别设有侧向风机，所述侧向排烟通道的两侧分别通过多个可开闭的通风口与相邻的所述主隧道连通；所述主隧道包括多个沿其宽度方向依次设置的车道，所述主隧道的上方设有沿其长度方向延伸的主排烟通道，所述主排烟通道的底部通过多个可开闭的排烟口与所述主隧道连通，所述主排烟通道的两端分别设有主风机；所述主隧道内安装有测温装置、烟气成分检测装置和风速检测装置，所述主风机、所述侧向风机、所述测温装置、所述烟气成分检测装置和所述风速检测装置均与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述测温装置包括测温光纤和温度采集模块，所述测温光纤沿所述主隧道的长度方向延伸，所述测温光纤通过所述温度采集模块与所述控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述测温光纤靠近所述主隧道的顶面设置。

4.根据权利要求1所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述烟气成分检测装置包括多个烟气采集探头和烟气分析模块，多个所述烟气采集探头沿所述主隧道的长度方向间隔设置，所述烟气采集探头通过所述烟气分析模块与所述控制器电连接，所述烟气分析模块用于分析所述烟气采集探头采集的烟气中各成分的浓度。

5.根据权利要求4所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述烟气采集探头的安装高度与人眼高度相适应。

6.根据权利要求1所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述风速检测装置包括多个风速采集探头和风速分析模块，多个所述风速采集探头沿所述主隧道的长度方向间隔设置，所述风速采集探头通过所述风速分析模块与所述控制器电连接。

7.根据权利要求6所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述风速采集探头的安装高度与所述通风口的高度相适应。

8.根据权利要求1至7任一项所述的隧道排烟试验系统，其特征在于，所述主隧道的底面沿其长度方向间隔设置有多个操作窗。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的隧道排烟试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

将火源位置设置在所述主隧道中的其中一个车道上；

在所述火源位置的周围放置多个车辆模型，以模拟车辆阻塞的情形；

在所述主隧道处于不同通风联动模式的情况下，将燃料放置于所述火源位置并点燃；其中，所述通风联动模式基于所述排烟口的开启数量、所述通风口的开启数量以及所述主风机和所述侧向风机的工作模式确定；

采集不同所述通风联动模式下所述主隧道的烟气温度、烟气成分和风速，以确定排烟效率较高的所述通风联动模式；

在所述排烟效率较高的所述通风联动模式下，调节所述主风机和所述侧向风机的风量；

采集不同风量下所述主隧道的烟气温度、烟气成分和风速，以确定最优的风量。

10.根据权利要求9所述的隧道排烟试验方法，其特征在于，所述主风机和所述侧向风机的工作模式包括排烟模式和送风模式。

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