CN113405827A - 一种用于v字型隧道火灾排烟试验装置与测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于V字型隧道火灾排烟试验装置与测量系统，属于隧道火灾排烟试验技术领域，其包括：试验隧道，包括第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段，第一可变角度隧道段和第二可变角度隧道段分别位于水平隧道段的两端，并与水平隧道段之间呈夹角固定连接；支撑组件，包括多个可升降的高度调节装置，分别设置在第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段的下端；燃烧火源，通过高度调节架放置在水平隧道段和/或水平隧道段和/或第二可变角度隧道段内；隔热层，包覆在试验隧道的外侧。本发明提供的V字型隧道火灾排烟试验装置的物理模型为小尺寸试验模型，试验规模小，试验费用低，占用试验场地小，能够重复进行试验以保证测量数据的准确性。
Description
技术领域
本发明属于隧道火灾排烟试验技术领域，具体涉及一种用于V字型隧道火灾排烟试验装置与测量系统。
背景技术
V字型隧道隧道火灾是一个复杂的流体力学问题，主要涉及传热、传质和化学反应等多学科知识。在火灾的发展和稳定阶段过程中遵循着能量守恒、动量守恒、质量守恒及组分守恒等基本物理规律，通过联立上述守恒方程并设置定的边界条件既可以求解出火灾发展的基本规律。
目前隧道火灾主要的研究方法包括数值模拟和物理模型试验两种方法。数值模拟研究的准确性依赖于边界条件和物性参数的正确设置，且所建模型的有效性需要试验来验证。而现有技术中物理模型普遍采用大尺寸或全尺寸试验，试验规模大，试验费用高，且试验场地有限，使得试验的重复性受到限制。
因此，急需一种能够模拟不同工况下V字型隧道顶部温度变化趋势且为小尺寸物理模型的试验装置和测试系统。
发明内容
本发明为了一种能够模拟不同工况下V字型隧道顶部温度变化趋势且为小尺寸物理模型的试验装置和测试系统，采取了如下技术方案：
一种用于V字型隧道火灾排烟试验装置，包括：
试验隧道，所述试验隧道包括第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段，所述第一可变角度隧道段和所述第二可变角度隧道段分别位于所述水平隧道段的两端，并与所述水平隧道段之间呈夹角固定连接；
支撑组件，所述支撑组件包括多个可升降的高度调节装置，多个所述高度调节装置分别设置在所述第一可变角度隧道段、所述水平隧道段和所述第二可变角度隧道段的下端，以实现所述第一可变角度隧道段与所述水平隧道段之间以及所述第二可变角度隧道段与所述水平隧道段之间的夹角调节；
燃烧火源，所述燃烧火源通过高度调节架放置在所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段内，所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段与所述高度调节架之间密封连接；
隔热层，所述隔热层包覆在所述试验隧道的外侧，以减少所述试验隧道向环境散热。
进一步地，所述第一可变角度隧道段通过第一变坡机构与所述水平隧道段的第一端呈第一夹角变坡设置；所述水平隧道段的第二端通过第二变坡机构与所述第二可变角度隧道段呈第二夹角变坡设置。
进一步地，所述第一变坡机构和所述第二变坡机构均为折叠式弯折结构形成的变坡点，以保证所述第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段之间传热一致以及方便夹角调节。
进一步地，所述第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段均由多个方管通过螺栓连接而成。
进一步地，所述高度调节装置为机械升降平台、液压缸或气缸中的一种。
进一步地，所述燃烧火源为油池，所述高度调节架包括套筒托盘和升降平台，所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段的底部设置有开口，所述套筒托盘与所述开口配合，并与所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段密封连接；所述油池设置在所述套筒托盘上，且位于所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段内；所述升降平台设置在所述套筒托盘的下端，以调整所述套筒托盘的高度。
一种用于V字型隧道火灾排烟的测量系统，包括上述任一项所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，还包括：
温度采集装置，所述温度采集装置包括多个热电偶串，多个所述热电偶串间隔布置在所述试验隧道的顶部，以实现对所述试验隧道内各测量部位的实时温度测量；
质量采集装置，所述质量采集装置包括电子天平，所述电子天平设置在燃烧火源的下端，以实现对随时间变化的所述燃烧火源的燃料质量实时测量；
电偶温度采集仪，所述电偶温度采集仪与所述热电偶串电连接；
控制终端，所述控制终端与所述电偶温度采集仪信号连接，所述控制终端对所述电偶温度采集仪采集的数据进行保存和处理，得到不同工况下所述试验隧道的顶板下方纵向温度衰减规律和烟气回流长度；所述电子天平通过采集转换接口与所述控制终端信号连接，并将所述电子天平采集的数据传输到所述控制终端，所述控制终端得到燃料质量随时间的变化数据并记录保存实验数据，所述控制终端对所述实验数据进行处理得到燃料的质量损失速率和对应的火源功率。
进一步地，所述控制终端为计算机或无线数据采集仪终端。
进一步地，至少还包括设置在所述试验隧道内的气流传感器、烟气浓度传感器、能见度传感器和监控装置中的一种。
进一步地，所述热电偶串为K型热电偶串。
有益效果：
本发明提供的用于V字型隧道火灾排烟试验装置与测量系统，其中，V字型隧道火灾排烟试验装置的物理模型为小尺寸试验模型，试验规模小，试验费用低，占用试验场地小，能够重复的进行试验以保证测量数据的准确性。
此外，本发明提供的用于V字型隧道火灾排烟的测量系统，能够模拟得到不同工况下V字型隧道顶部温度变化趋势，以及燃料的质量损失速率和对应的火源功率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为发明的整体结构的另一视角示意图；
其中，1、第一可变角度隧道段；2、固定支架；3、高度调节装置；4、第一变坡机构；5、监控装置；6、水平隧道段；7、质量采集装置；8、第二变坡机构；9、升降平台；10、第二可变角度隧道段；11、控制终端。
具体实施方式
实施例1
一种用于V字型隧道火灾排烟试验装置，包括：试验隧道、支撑组件、燃烧火源和隔热层。
试验隧道包括第一可变角度隧道段1、水平隧道段6和第二可变角度隧道段10，第一可变角度隧道段1和第二可变角度隧道段10分别位于水平隧道段6的两端，并与水平隧道段6之间呈夹角固定连接。
在本实施例中，第一可变角度隧道段1通过第一变坡机构4与水平隧道段6的第一端呈第一夹角变坡设置；水平隧道段6的第二端通过第二变坡机构8与第二可变角度隧道段10呈第二夹角变坡设置。
其中，第一变坡机构4和第二变坡机构8均由若干张锡箔纸缠绕形成变坡点，以保证第一可变角度隧道段1、水平隧道段6和第二可变角度隧道段10之间传热一致以及方便夹角调节。
在本实施例中，第一夹角与第二夹角为不相等的角度。
其中，第一夹角为第一可变角度隧道段1的轴向中心线与水平隧道段6的轴向中心线的夹角，第二夹角为第二可变角度隧道段10的轴向中心线与水平隧道段6的轴向中心线的夹角。
在本实施例中，第一夹角为30°，第二夹角为45°。
在其他实施例中，第一夹角为0°，第二夹角为60°，即实现无中间水平隧道的“V”隧道试验测试。
其中，第一变坡机构4和第二变坡机构8均采用的是折叠式弯折结构形成的变坡点。在本实施例中，优选为波纹管进行折叠弯折形成折叠式弯折结构。
在本实施例中，第一可变角度隧道段1、水平隧道段6和第二可变角度隧道段10均采用2.0mm厚度的304不锈钢支制成，其中第一可变角度隧道段1、水平隧道段6和第二可变角度隧道段10均由若干段长2.00m，内径0.20m的方管内填充拱形截面、不锈钢材质的填充物，并通过法兰和螺栓连接而成。
在其他实施例中，还可以在方管内填充任意形状截面、不锈钢或其他材质的填充物，以模拟不同形状的隧道排烟效果。
支撑组件包括多个可升降的高度调节装置3，多个高度调节装置3分别设置在第一可变角度隧道段1、水平隧道段6和第二可变角度隧道段10的下端，以实现第一可变角度隧道段1与水平隧道段6之间以及第二可变角度隧道段10与水平隧道段6之间的夹角调节。
在本实施例中，高度调节装置3为机械升降平台、液压缸或气缸中的一种，优选为液压缸。
在本实施例中，高度调节装置3与第一可变角度隧道段1/水平隧道段6/第二可变角度隧道段10之间设置有固定支架2，固定支架2与第一可变角度隧道段1/水平隧道段6/第二可变角度隧道段10的外表面固定连接；固定支架2与液压缸的驱动端铰接。
其中，固定支架2上设置有与第一可变角度隧道段1/水平隧道段6/第二可变角度隧道段10配合的弧形槽。
燃烧火源通过高度调节架放置在水平隧道段6和/或水平隧道段6和/或第二可变角度隧道段10内，水平隧道段6和/或水平隧道段6和/或第二可变角度隧道段10与高度调节架之间密封连接。
隔热层包覆在试验隧道的外侧，以减少试验隧道向环境散热。
燃烧火源为油池，高度调节架包括套筒托盘和升降平台9，水平隧道段6和/或水平隧道段6和/或第二可变角度隧道段10的底部设置有开口，套筒托盘与开口配合，并与水平隧道段6和/或水平隧道段6和/或第二可变角度隧道段10密封连接；油池设置在套筒托盘上，且位于水平隧道段6和/或水平隧道段6和/或第二可变角度隧道段10内；升降平台9设置在套筒托盘的下端，以调整套筒托盘的高度。
在本实施例中，燃烧火源设置在水平隧道段6的中间位置；第一可变角度隧道段1和第二可变角度隧道段10上不设置开口。
在其他实施例中，燃烧火源可以设置在第一可变角度隧道段1内或第二可变角度隧道段10内；也可以同时设置在第一可变角度隧道段1、水平隧道段6、第二可变角度隧道段10中的任2个内部；还可以同时设置在第一可变角度隧道段1、水平隧道段6、第二可变角度隧道段10的内部。其中，只需在放置燃烧火源的第一可变角度隧道段1、水平隧道段6、第二可变角度隧道段10上设置对应的开口。
在本实施例中，套筒托盘为方形设置。
在本实施例中，升降平台9为不锈钢升降平台。
隔热层包覆在试验隧道的外侧，以减少试验隧道向环境散热。
在本实施例中，隔热层优选为30.0mm厚硅酸铝陶瓷纤维防火棉。
实施例2
一种用于V字型隧道火灾排烟的测量系统，包括实施例1提供的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，还包括：温度采集装置，质量采集装置7，电偶温度采集仪和控制终端11。
温度采集装置包括多个热电偶串，多个热电偶串间隔布置在试验隧道的顶部，以实现对试验隧道内各测量部位的实时温度测量。
在本实施例中，相邻热电偶串之间的间距为5.0cm。其中，每段隧道中共计布置有40个直径约为3.0mm的K型热电偶串，测量误差士5℃。
在本实施例中，在布置完隧道测点后，所有隧道的均使用30.0mm厚硅酸铝陶瓷纤维防火棉进行覆盖。
质量采集装置7包括电子天平，在本实施例中，电子天平设置在高度调节装置3的下端，燃烧火源设置在高度调节装置3的上端，以实现对随时间变化的燃烧火源的燃料质量实时测量。在另一实施例中，电子天平设置在燃烧火源与高度调节装置3之间，其中，电子天平设置在的燃烧火源的下端，在高度调节装置3的下端，以实现对随时间变化的燃烧火源的燃料质量实时测量。
其中，电偶温度采集仪与热电偶串电连接。
控制终端11与电偶温度采集仪信号连接，控制终端11对电偶温度采集仪采集的数据进行保存和处理，得到不同工况下试验隧道的顶板下方纵向温度衰减规律和烟气回流长度；电子天平通过采集转换接口与控制终端11信号连接，并将电子天平采集的数据传输到控制终端11，控制终端11得到燃料质量随时间的变化数据并记录保存实验数据，控制终端11对实验数据进行处理得到燃料的质量损失速率和对应的火源功率。
在本实施例中，控制终端11为计算机或无线数据采集仪终端，优选为无线数据采集仪终端，以避免试验现场线路杂乱。
在本实施例中，电子天平的最大称量在30kg，该电子天平的测量精确度为0.1g，示值误差土1；热电偶串为K型热电偶的热电偶串。
在其他实施例中，至少还包括设置在试验隧道内的气流传感器、烟气浓度传感器、能见度传感器和监控装置5中的一种。
气流传感器，用于检测隧道内的气流方向和/或气流速率。
烟气浓度传感器，用于检测检测隧道内的烟气浓度。
能见度传感器，用于检测隧道内的能见度。
监控装置5为照相机，数量为2个，分别对应第一可变角度隧道段和第二可变角度隧道段10的隧道口设置。
其中，气流传感器、烟气浓度传感器、能见度传感器和监控装置5均与控制终端11信号连接。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种用于V字型隧道火灾排烟试验装置，其特征在于，包括：
试验隧道，所述试验隧道包括第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段，所述第一可变角度隧道段和所述第二可变角度隧道段分别位于所述水平隧道段的两端，并与所述水平隧道段之间呈夹角固定连接；
支撑组件，所述支撑组件包括多个可升降的高度调节装置，多个所述高度调节装置分别设置在所述第一可变角度隧道段、所述水平隧道段和所述第二可变角度隧道段的下端，以实现所述第一可变角度隧道段与所述水平隧道段之间以及所述第二可变角度隧道段与所述水平隧道段之间的夹角调节；
燃烧火源，所述燃烧火源通过高度调节架放置在所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段内，所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段与所述高度调节架之间密封连接；
隔热层，所述隔热层包覆在所述试验隧道的外侧，以减少所述试验隧道向环境散热。
2.根据权利要求1所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，其特征在于，所述第一可变角度隧道段通过第一变坡机构与所述水平隧道段的第一端呈第一夹角变坡设置；所述水平隧道段的第二端通过第二变坡机构与所述第二可变角度隧道段呈第二夹角变坡设置。
3.根据权利要求2所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，其特征在于，所述第一变坡机构和所述第二变坡机构均为折叠式弯折结构形成的变坡点，以保证所述第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段之间传热一致以及方便夹角调节。
4.根据权利要求1所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，其特征在于，所述第一可变角度隧道段、水平隧道段和第二可变角度隧道段均由多个方管通过螺栓连接而成。
5.根据权利要求1所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，其特征在于，所述高度调节装置为机械升降平台、液压缸或气缸中的一种。
6.根据权利要求1所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，其特征在于，所述燃烧火源为油池，所述高度调节架包括套筒托盘和升降平台，所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段的底部设置有开口，所述套筒托盘与所述开口配合，并与所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段密封连接；所述油池设置在所述套筒托盘上，且位于所述水平隧道段和/或所述水平隧道段和/或所述第二可变角度隧道段内；所述升降平台设置在所述套筒托盘的下端，以调整所述套筒托盘的高度。
7.一种用于V字型隧道火灾排烟的测量系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的用于V字型隧道火灾排烟试验装置，还包括：
温度采集装置，所述温度采集装置包括多个热电偶串，多个所述热电偶串间隔布置在所述试验隧道的顶部，以实现对所述试验隧道内各测量部位的实时温度测量；
质量采集装置，所述质量采集装置包括电子天平，所述电子天平设置在燃烧火源的下端，以实现对随时间变化的所述燃烧火源的燃料质量实时测量；
电偶温度采集仪，所述电偶温度采集仪与所述热电偶串电连接；
控制终端，所述控制终端与所述电偶温度采集仪信号连接，所述控制终端对所述电偶温度采集仪采集的数据进行保存和处理，得到不同工况下所述试验隧道的顶板下方纵向温度衰减规律和烟气回流长度；所述电子天平通过采集转换接口与所述控制终端信号连接，并将所述电子天平采集的数据传输到所述控制终端，所述控制终端得到燃料质量随时间的变化数据并记录保存实验数据，所述控制终端对所述实验数据进行处理得到燃料的质量损失速率和对应的火源功率。
8.根据权利要求7所述的用于V字型隧道火灾排烟的测量系统，其特征在于，所述控制终端为计算机或无线数据采集仪终端。
9.根据权利要求7所述的用于V字型隧道火灾排烟的测量系统，其特征在于，至少还包括设置在所述试验隧道内的气流传感器、烟气浓度传感器、能见度传感器和监控装置中的一种。
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