CN118298706B - 一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，涉及火灾模拟试验技术领域，包括走廊组件、客舱组件、倾斜模拟平台、火源组件、用于对走廊组件和客舱组件通风排烟的通风排烟组件、用于走廊组件防烟的挡烟垂壁以及用于检测走廊组件和客舱组件火灾时的火灾参数测量组件，走廊组件与客舱组件通过门组件连通，走廊组件和客舱组件滑动连接，用以将客舱组件移动到与走廊组件不同的连通位置，火源组件设置于走廊组件或者客舱组件的任意位置，走廊组件与客舱组件设置于倾斜模拟平台上用于模拟不同角度下的火灾试验；该模拟试验装置可为制定船舶烟气控制要求提供技术论证支撑。

Description

一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置

技术领域

本发明涉及火灾模拟试验技术领域，尤其涉及一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置。

背景技术

船舶火灾事故频发，船舶发生火灾时一般无法及时得到外界援助，救援力量有效。此外，由于船舶人员密度高、空间狭小等特点，一旦发生火灾，造成的人员伤亡和经济损失惨重。因此，研究船舶火灾及火灾烟气控制技术对船舶火灾防治极为重要，尤其是走廊和客舱等人员疏散和居住场所。而火灾烟气层高度、温度和CO浓度等是火灾烟气控制的关键参数。火源功率、火源舱室位置和启闭情况、舱室尺寸以及防排烟措施是决定火灾发生后烟气控制效果的关键。因此，如何能够有效地模拟真实火灾发展过程、评估火灾参数变化规律、分析不同防排烟措施对于烟气控制的有效性，从而提出适用于船舶火灾的烟气控制技术成为船舶走廊和客舱等人员密集场所火灾研究的一个难题。

目前针对走廊和客舱火灾主要通过缩尺试验和数值模拟手段开展研究。但是由于缩尺试验中尺寸和条件的缩小，可能无法完全模拟真实世界中的复杂因素和火灾场景，一些细小的影响因素可能在缩尺试验中无法准确展现，削弱试验的可靠性和真实性，且尺度效应仍然存在一些不确定性。比如，关于船舶燃油火灾燃烧速率研究多设置在小尺度缩比试验舱室中进行，导致不同学者的研究结论不一致，甚至相互矛盾，已有研究结果远不足以为真实环境下的大尺度火灾烟气控制技术提供支撑。而数值模拟需要对边界条件、参数等进行设定，而这往往基于假设或依据经验值设计，与真实火灾场所数据存在差异，从而导致数值模拟结果的不准确。例如对于船舶火灾中的“流淌火”以及“自熄”等特殊火行为，进行数值模拟求解需要很深入的了解物理过程，然后进行简化，但目前特殊火行为采用数值模拟方法还不能得到准确的结果。此外，火灾数值模拟模型通常需要与试验数据对比来说明数值模拟模型的可靠性，然而由于缺乏真实可靠的试验数据，其数值模拟模型的准确性有待认证。

现有针对船舶走廊和客舱火灾模拟装置主要关注火灾烟气流动特性及人员疏散模拟装置，无法模拟火灾烟气消防控制措施，没有考虑过实际海况下舱体倾斜和海风作用下的火灾烟气试验模拟装置，从而实现烟气控制技术探究。此外，目前针对火灾烟气控制装置主要关注隧道、地铁和地下厂房，无法体现船舶走廊和客舱的舱室结构特征，且隧道、地铁和地下厂房舱体材质与船舶不一致，导致传热效果不一样，火灾发展规律也不一样；此外，目前针对隧道、地铁和地下厂房等装置都采用缩尺试验，其试验结果可靠性还有待商榷。另外，目前关于走廊和客舱装置都是固定连接，只能开展特定场景下的火灾研究，不能滑动/倾斜，无法实现不同火灾场景下的研究。

综上，缩尺条件下的火灾研究不能准确反映全尺寸下的火灾场景，因而基于缩尺试验或者整体装置固定条件下所得到的火灾试验结果，仅仅是当前场景下的试验结果，不能直接作为整个装置中存在滑动/倾斜或者整个装置为全尺寸下的试验结果或者技术论证支撑。因此，有必要开展全尺寸模拟试验以模拟真实火灾下不同火灾场景研究，从而探究火灾发生发展规律及火灾烟气控制技术。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，可开展真实的大型远洋客船客舱及狭长走廊区域多种火灾场景下火灾烟气控制试验研究，为走廊和客舱区域火灾烟气蔓延规律研究和烟气控制技术制定提供了一整套解决方案。

本发明提出的一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，包括走廊组件、客舱组件、倾斜模拟平台、火源组件、用于对走廊组件和客舱组件通风排烟的通风排烟组件、用于走廊组件防烟的挡烟垂壁以及用于检测走廊组件和客舱组件火灾时的火灾参数测量组件，走廊组件与客舱组件通过门组件连通，走廊组件和客舱组件滑动连接，用以将客舱组件移动到与走廊组件不同的连通位置，火源组件设置于走廊组件或者客舱组件的任意位置，走廊组件与客舱组件为全尺寸结构，且均设置于倾斜模拟平台上用于模拟不同角度下的火灾试验。

进一步地，客舱组件为一个或多个，当走廊组件和客舱组件滑动连接时，走廊组件和客舱组件的连接处设置有可移动滑轨，用以模拟走廊组件和客舱组件的T字形连接和L形连接；

所述走廊组件和客舱组件置于倾斜模拟平台上，倾斜模拟平台通过液压装置调整走廊组件和客舱组件前后、左右倾斜角度，可至少实现60°的倾斜模拟，以实现海上不同倾斜角度下的火灾烟气分析控制模拟；

所述走廊组件设置有可移动的走廊风机，用于模拟船舶走廊组件和客舱组件不同风速和风向，以实现海上不同风速和风向作用下的火灾烟气发展蔓延模拟。

进一步地，所述走廊组件包括狭长走廊主体、走廊侧室、端门和外门，两个走廊侧室分别设置于狭长走廊主体的两端并通过端门连通，走廊侧室通过外门与外界环境连通，狭长走廊主体上开设多个观察窗，观察窗和客舱组件分别设置于狭长走廊主体长度方向的两侧，观察窗材质为耐高温的钢化玻璃。

进一步地，沿着狭长走廊主体长度方向，一至多个挡烟垂壁依次可伸缩设置于狭长走廊主体的顶部，挡烟垂壁与狭长走廊主体的顶部滑动连接，挡烟垂壁的宽度与狭长走廊主体的宽度一致。

进一步地，所述通风排烟组件包括补风子系统和排烟子系统，补风子系统与走廊侧室连通用以通过走廊侧室向狭长走廊主体通风，排烟子系统与狭长走廊主体连通用以将狭长走廊主体中的烟气排出；

所述补风子系统包括补风管道、电动补风阀和变频轴流补风风机，走廊侧室的顶部和侧壁下方分别设置有补风口，补风管道的一端通过补风口与走廊侧室连通、另一端连接到变频轴流补风风机的输出端，变频轴流补风风机上设置有风量调节装置，以探究不同补风量对火灾烟气分析控制效果的影响；

所述排烟子系统包括排烟管道、变频轴流排烟风机、电动排烟阀，电动排烟阀用于控制变频轴流排烟风机的开闭，从而实现自动化排烟需要，多个排烟管道分别与狭长走廊主体上开通的排烟口连通，以在狭长走廊主体火灾时进行排烟；

排烟口设有启闭阀以及尺寸调节机构，通过启闭阀的开/闭，可实现不同位置排烟措施影响研究，通过尺寸调节机构可实现排烟口的不同联通尺寸设置，用于探究不同排烟口数量和排烟口尺寸对排烟措施影响研究。

进一步地，火灾参数测量组件包括用于检测试验装置内部烟气温度的烟气温度测量组件、用于检测试验装置内部烟气浓度的烟气浓度测量组件、用于检测走廊组件中风速的风速测量组件以及用于对烟气流动可视化实时监测的烟气流动观测子系统。

进一步地，烟气流动观测子系统包括摄像头、相机和激光片光源，一至多个摄像头依次沿着狭长走廊主体长度方向设置于狭长走廊主体外侧，且视场方向面向观察窗设置，相机和激光片光源作为一组相机组件，用以记录烟气流动及沉降情况。

进一步地，所述烟气浓度测量组件包括烟气浓度测量探头、门烟气浓度探头和烟气浓度数据采集装置，烟气浓度数据采集装置分别与烟气浓度测量探头、门烟气浓度探头电连接；

烟气浓度测量探头沿着走廊组件长度方向依次设置，门烟气浓度探头设置于门组件一侧。

进一步地，所述风速测量组件包括风速探头和与风速探头电连接的风速数据采集装置，风速探头分别设置于补风子系统补风口位置处以及排烟子系统排烟口位置处，风速探头还设置于门组件一侧。

进一步地，烟气温度测量组件包括热电偶阵列、舱门处热电偶串、火源热电偶串和烟气温度数据采集装置；热电偶阵列中的多个热电偶、舱门处热电偶串中的多个热电偶、火源热电偶串中的多个热电偶均分别与烟气温度数据采集装置电连接。

本发明提供的一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置的优点在于：本发明结构中提供的一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，该模拟试验装置为全尺度试验，试验结果真实可靠，试验台设有可打开的端门；该模拟试验装置设置有可移动式客舱和走廊结构，可真实模拟不同客舱组件发生火灾和走廊组件不同位置发生火灾时的火灾烟气在走廊内的蔓延过程，并通过多路温度测量、有毒气体成分测量和风速测量等记录烟气在蔓延过程中上述特征参数随时间的变化和空间分布情况；各个补风组件、排烟子系统相对独立，并且可以自由组合，排烟量、补风量、排烟口数量、排烟口位置、排烟口面积、挡烟垂壁高度和位置等众多参数可以灵活调节，从而实现烟气分析控制最优化方案的探究。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例一的结构示意图；

图3为图1中走廊组件部分的后视图，展示了观察窗及摄像头的位置布置；

图4为图2中A-A（竖直）剖面示意图；

图5为走廊组件中火灾参数测量组件分布示意图；

图6为图2中B-B（竖直）剖面示意图；

图7为客舱组件位于走廊组件不同位置时客舱发生火灾时走廊中的平均烟气层高度曲线图，客舱位于走廊1/2发生火灾时，平均烟气层高度最低，表明此时火灾烟气控制效果最差；

图8为客舱组件位于走廊组件不同位置时的走廊中的安全高度处平均温度曲线图，客舱位于走廊1/2发生火灾时，安全高度处平均温度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差；

图9为客舱组件位于走廊组不同位置时走廊中的安全高度处平均CO浓度曲线图，客舱位于走廊1/2发生火灾时，安全高度处平均CO浓度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差；

图10为不同排烟量下的平均烟气层高度曲线图，排烟量为13000m³/h，平均烟气层高度最低，表明此时火灾烟气控制效果最差；

图11为不同排烟量下的安全高度处平均温度曲线图,排烟量为13000m³/h，安全高度处平均温度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差；

图12为不同排烟量下的安全高度处平均CO浓度曲线图，排烟量为13000m³/h，安全高度处平均CO浓度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差；

图13为不同排烟口尺寸下的烟气层高度曲线图；

图14为不同排烟口尺寸下的安全高度处平均温度曲线图；

图15为不同排烟口尺寸下的安全高度处平均CO浓度曲线图；

图16为不同排烟口数量下的安全高度处平均温度曲线图；

图17为不同排烟口数量下的安全高度处平均CO浓度曲线图；

图18为不同挡烟垂壁作用下的安全高度处平均温度曲线图；

图19为不同挡烟垂壁作用下的安全高度处平均CO浓度曲线图；

其中，1-走廊组件，2-客舱组件，3-火源组件，4-通风排烟组件，6-火灾参数测量组件，7-门组件，8-观察窗，9-挡烟垂壁，10-风速探头开孔，11-狭长走廊主体，12-走廊侧室，13-端门，14-外门，41-补风子系统，42-排烟子系统，61-烟气温度测量组件，62-烟气浓度测量组件，63-风速测量组件，64-烟气流动观测子系统，611-热电偶阵列，612-舱门处热电偶串，613-火源热电偶串，621-烟气浓度测量探头，622-门烟气浓度探头，631-风速探头，641-摄像头，642-相机，643-激光片光源。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1至19所示，本发明提出的一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，包括走廊组件1、客舱组件2、火源组件3、用于对走廊组件1和客舱组件2通风排烟的通风排烟组件4、可用于走廊组件1防烟的挡烟垂壁9以及用于检测走廊组件1和客舱组件2火灾时的火灾参数测量组件6，走廊组件1与客舱组件2通过门组件7连通，走廊组件1和客舱组件2滑动连接，用以将客舱组件2移动到与走廊组件1不同的连通位置，火源组件3设置于走廊组件1或者客舱组件2的任意位置。

走廊组件1和客舱组件2的连接处设置有可移动滑轨，可模拟走廊组件1和客舱组件2的T字形连接和L形连接，探究不同典型船舶舱室结构的火灾烟气流动规律。

船舶上不同客舱发生火灾时，会与走廊形成不同的连接结构，如T字形或L形，而目目前的现有技术仅能实现一种结果，或者只能将全部客舱结构搭建出来，而实际火灾发生时，火源大多位于一个位置，无需搭建多个客舱结构，导致浪费了大量的人力物力和财力。因此，本申请设置一个客舱组件2或多个客舱组件2，通过客舱组件2的移动，即可模拟不同位置的客舱组件2发生火灾时的烟气流动状况。另外，走廊组件1和客舱组件2为全尺寸结构，用于复现真实世界中船舶火灾的复杂因素和火灾场景，以得到真实世界中船舶火灾的试验结果。因该试验结果是全尺寸船舶下得到的，避免了利用现有采用缩尺试验得到的试验结果进行等比例处理后作为真实环境下的试验结果，该方法得到的试验结果是否可以代表真实环境下的试验结果，是推断出来的，不是真实试验出来的，具有不确定性；特别是对于火灾情况，不同尺寸以及不同环境下的火灾参数变化是不一样的，因而对于缩尺试验到的结果可靠性不高，本实施例因为是全尺寸下火灾研究，因而具有可靠性。

客舱组件2下方设置有可移动滑轨，用以将客舱组件2移动到与走廊组件1不同的连通位置，可模拟走廊组件1和客舱组件2的T字形连接和L形连接，探究不同典型船舶舱室结构的火灾烟气流动规律。此外，火源组件3设置于走廊组件1或者客舱组件2的任意位置，可模拟不同客舱处发生火灾情况。

走廊组件1与客舱组件2的可滑动连接，每次客舱组件2滑动到需要的位置后，可通过固锁装置固定走廊组件1和客舱组件2的位置，防止走廊组件1与客舱组件2再次发生移动，以实现不同火灾火源位置和不同客舱走廊结构模拟。走廊组件1和客舱组件2置于倾斜模拟平台上，倾斜模拟平台通过液压装置调整走廊组件1和客舱组件2前后、左右倾斜角度（例如不少于60°角度），当走廊组件1和客舱组件2每次倾斜到需要的位置后固定，防止走廊组件1与客舱组件2出现位置偏差，以实现海上不同倾斜角度下火灾烟气控制模拟的稳定性。

因而该装置可开展全尺寸走廊和客舱区域多场景火灾发展及火灾烟气控制分析试验研究，包括不同起火点、火源大小、不同船舶倾斜角度等情况。本发明可为制定船舶烟气分析控制技术要求提供验证场地支撑。

走廊组件1设置为狭长结构，以模拟大型远洋客船上的走廊结构，同时火源组件3为液体、固体等不同类型和尺寸火源燃烧以模拟火源，例如采用柴油为燃料，火源组件3的油盘可以放置在不同的客舱内或走廊不同位置处，且设有多种油盘尺寸，以模拟多种火灾场景；通风排烟组件4的设置通过对走廊组件1进行自然通风或者机械通风以及无风设置，从而模型客船的走廊火灾在不同通风环境下的火灾状况，烟气流动观测子系统5和火灾参数测量组件6设置，使得试验者可以通过直观观察得到走廊组件1在不同火灾场景下的参数、曲线等，从而为走廊火灾的分析提供了准确的数据支撑。该模拟试验装置能够在全尺度条件下开展真实的大型远洋客船客舱及狭长走廊火灾情况下烟气在走廊区域的流动蔓延和烟气控制技术研究，可实现温度场、有毒气体成分等关键参数的测量。

另外本模拟试验装置可开展大型远洋客船人员主要聚集活动层发生火灾时，客舱和狭长走廊关键部位烟气流动特性和烟气控制模式探究与优化等一系列基础理论和工程实际问题的研究，为多种火灾场景下，走廊区域火灾烟气控制技术的有效性以及温度场、有毒气体浓度场等特征参数的演变规律提供了一整套解决方案。同时，作为大尺寸的模拟试验装置，本发明保证了火灾事故复现性以及数据的真实有效精确，对于开展大型远洋客船客舱和狭长走廊火灾相关的科学研究和火灾时排烟系统的设计都有着较大的应用价值和指导意义，以下具体说明。

在本实施例中，走廊组件1和客舱组件2均采用钢框架结构，并采用矿棉板等绝缘材料作为内衬；客舱组件2可以统一设置于走廊组件1的一侧，走廊组件1的另一侧设置观察窗8，观察窗8以耐高温的钢化玻璃为材质，从走廊组件1的地面延伸到走廊组件1的顶部高度，便于观察试验现象。

其中，走廊组件1包括狭长走廊主体11、走廊侧室12、端门13和外门14，两个走廊侧室12分别设置于狭长走廊主体11的两端并通过端门13连通，走廊侧室12通过外门14与外界环境连通，狭长走廊主体11上开设多个观察窗8，观察窗8和客舱组件2分别设置于狭长走廊主体11长度方向的两侧。

为了便于观察狭长走廊主体11中的火灾状况，在试验过程中，可以将观察窗8从地面开到顶部，此处虽然与实际舱室不同，本实施例只是将观察窗8开的范围扩大，并不会影响最终的模拟效果。

走廊侧室12的设置可以用来模拟不用的补风方式，具体为：通过开关端门13和外门14，来实现机械通风或者自然通风或者无风状态；将两侧的端门13和外门14均打开，并且补风子系统41不进行通风工作，此时通过狭长走廊主体11的两端与外界连通实现自然通风，将两侧的端门13关闭，此时狭长走廊主体11实现无风状态，将两侧的外门关闭，将两侧的端门13打开，并且补风子系统41进行通风工作，此时通过狭长走廊主体11的两端与外界连通实现机械通风；以上自然通风、无风、机械通风三种方式可以用于模拟走廊在不同通风状态下的火灾状况。

通风排烟组件4包括补风子系统41和排烟子系统42，通过设置不同的补风风量和排烟风量，以寻求最佳的烟气分析控制措施。其中，补风子系统41与走廊侧室12连通，用以通过走廊侧室12向狭长走廊主体11通风；另外，还可以在走廊侧室12顶部开设通风排烟补风口或者在侧壁底部开设通风排烟补风口，通过通风排烟补风口向走廊侧室12通风排烟的方式，来探究不同补风条件下的烟气控制，可以理解的是，可以在通风排烟补风口处设置补风风机，通过调整补风风机的工作状态，调整补风量。

排烟子系统42与狭长走廊主体11连通用以将狭长走廊主体11中的烟气排出。补风子系统41和排烟子系统42配合，可模拟船舶上顶部补风方式的烟气控制效果，区别于常规的底部补风方式模拟装置。

补风子系统41主要由补风管道、电动补风阀和变频轴流补风风机构成，补风管道在走廊侧室12的顶部和侧壁下方均有设置，在每个位置均设置多个补风口，所有的补风口均通过补风管道连接到同一个变频轴流补风风机上，可总体控制不同位置的补风流量，实现经济性，便于模拟走廊组件1在机械补风下的火灾状态；另外补风子系统41可以通过设置于变频轴流补风风机上的风量调节装置以调节变频轴流补风风机的补风量，其中风量调节装置可以为风机变频器；另外，可以在走廊侧室12上开设的海风送风口，以向走廊组件1中提供海风环境的风场模拟所需的风流量，可实现探究不同风速和风向对火灾烟气蔓延的影响；此处海风送风口与上述通风排烟补风口为两个独立结构。

排烟子系统42主要由排烟管道、变频轴流排烟风机、电动排烟阀构成，电动排烟阀用于控制变频轴流排烟风机的开闭，从而实现自动化排烟需要，多个排烟管道可以平行等距与狭长走廊主体11连通，因而每个排烟管道的一端与狭长走廊主体11连通、另一端与变频轴流排烟风机连接，以实现对狭长走廊主体11中烟气的排出作用。排烟口开设于狭长走廊主体11上，排烟口设有启闭阀以及尺寸调节机构，通过启闭阀的开/闭，可实现不同位置排烟措施影响研究，通过尺寸调节机构可实现排烟口的不同联通尺寸设置，用于探究不同尺寸排烟口数量和排烟口尺寸对排烟措施影响研究。

通过设置排烟口的不同尺寸以进行火灾试验，得到如图13至15的曲线图，根据图13的不同排烟口尺寸下的烟气层高度曲线图，排烟口尺寸为0.4m×0.4m，烟气层高度最低，表明此时火灾烟气控制效果最差；根据图14的不同排烟口尺寸下的安全高度处平均温度曲线图，排烟口尺寸为0.4m×0.4m，安全高度处平均温度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差，如图15的不同排烟口尺寸下的安全高度处平均CO浓度曲线图，排烟口尺寸为0.4m×0.4m，安全高度处平均CO浓度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差。

通过设置不同排烟口的数量以进行火灾试验，如图16和17的曲线图，根据图16的不同排烟口数量下的安全高度处平均温度曲线图，一个排烟口时，安全高度处平均温度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差；根据图17的不同排烟口数量下的安全高度处平均CO浓度曲线图，一个排烟口时，安全高度处平均CO浓度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差。

另外，排烟子系统42设置在狭长走廊主体11内，排烟口位置、排烟口面积、排烟量大小均可改变和调节，因而通过调节排烟口位置、排烟口面积、排烟量大小、无补风/自然补风/机械补风模式、机械补风风量大小的改变，以研究不同工况设计下的烟气流动特性，并探究最佳的火灾烟气控制模式。

另外，本实施例还可以模拟海风风速对火灾烟气的影响，具体结构为：在走廊侧室12中设置有可移动的走廊风机，用于模拟在自然风（海风）下，狭长走廊主体11中的火灾发展情况，可以通过设置走廊风机的出风方向以及出风量，以探究自然风下，狭长走廊主体11的烟气流动特性，并探究最佳的火灾烟气控制模式。

试验前通过标定补风和排烟管道内的风速值，确定风机（变频轴流补风风机、变频轴流排烟风机）频率和排烟量、补风量之间的关系，标定风速值具体为：在各个排烟管道和补风管道上开设风速探头开孔10，以在试验前标定排烟管道和补风管道内的风速值，确定风机频率和排烟量、补风量之间的关系。

在本实施例中，如图3和4所示，火灾参数测量组件6包括用于检测试验装置内部烟气温度的烟气温度测量组件61、用于检测试验装置内部烟气浓度的烟气浓度测量组件62、用于检测走廊组件1中风速的风速测量组件63以及用于对烟气流动可视化实时监测的烟气流动观测子系统64。

其中，烟气流动观测子系统5包括摄像头641、相机642和激光片光源643，一至多个摄像头641依次沿着狭长走廊主体11长度方向设置于狭长走廊主体11外侧且视场方向面向观察窗8设置，相机642和激光片光源643作为一组相机642组件，一至多组相机组件依次沿着狭长走廊主体11长度方向设置狭长走廊主体11内侧用以记录烟气流动情况。

摄像头641布置在观察窗8附近，以实时记录火灾试验状态以及通风排烟过程中烟气运动的流场特征；激光片光源643在两侧走廊组件1的墙壁形成红色光线，使用相机642拍摄烟气经过该红光时的高度变化，以得到不同位置处烟气高度随时间的变化规律。当相机组件设置于走廊组件1的关键位置时，使用相机642可以得到关键位置处烟气高度随时间的变化规律。

在本实施例中，可以将摄像头641以及相机组件设置于关键位置或者特别关注部位，以方便观察记录关键部位或特别关注部位的烟气流动情况。另外，摄像头641和相机组件相对于观察窗8的位置可调，即，上下、左右、前后的空间调节。

在本实施例中，如图4和5所示，火灾参数测量组件6包括用于检测试验装置内部烟气温度的烟气温度测量组件61、用于检测试验装置内部烟气成分的烟气浓度测量组件62和用于检测走廊组件1中风速的风速测量组件63。

烟气温度测量组件61包括热电偶阵列611、舱门处热电偶串612、火源热电偶串613和烟气温度数据采集装置；热电偶阵列611包括多个依次设置的热电偶，热电偶阵列611中的多个热电偶从走廊组件1的地面向顶部依次设置，热电偶之间间距可以根据实际需要具体设置，优选相邻热电偶之间等间隔设置，多个热电偶阵列611沿着走廊组件1长度方向依次设置，多个热电偶阵列611之间的具体可以根据实际需要具体设置，优选相邻热电偶阵列611之间等间距设置；舱门处热电偶串612设置于门组件7上，舱门处热电偶串612中的多个热电偶从门组件7底部向门组件7顶部依次设置，热电偶之间间距可以根据实际需要具体设置，优选相邻热电偶之间等间隔设置；火源热电偶串613设置于火源组件3上方，火源热电偶串613中的多个热电偶从火源组件3上方向走廊组件1或客舱组件2的顶部依次设置，热电偶之间间距可以根据实际需要具体设置，优选相邻热电偶之间等间隔设置，火源热电偶串613的位置可以根据火源组件3的位置改变而改变，以对火源组件3处的温度进行测量。

其中，热电偶阵列611中的多个热电偶、舱门处热电偶串612中的多个热电偶、火源热电偶串613中的多个热电偶均分别与烟气温度数据采集装置电连接，以通过烟气温度数据采集装置对位于不同位置的火灾温度进行检测，并将检测到的数据上传到上位机以进行数据分析。

烟气浓度测量组件62包括烟气浓度测量探头621、门烟气浓度探头622和烟气成分数据采集装置，烟气成分数据采集装置分别与烟气浓度测量探头621、门烟气浓度探头622电连接，通过烟气成分数据采集装置对走廊组件1中火灾的成分进行采集，并将采集的数据上传到上位机进行数据分析；烟气浓度测量探头621沿着走廊组件1长度方向依次设置，烟气浓度测量探头621的设置数量可以根据实际进行选择，门烟气浓度探头622设置于门组件7一侧；另外烟气浓度测量探头621可以设置为可移动结构，以对走廊组件1的不同位置（走廊组件1中上下、左右、前后的空间位置）进行烟气成分测量；同时门烟气浓度探头622可以设置为可移动结构，以对门组件7的不同位置进行气成分测量。

风速测量组件63包括风速探头631和与风速探头631电连接的风速数据采集装置，通过风速数据采集装置对走廊组件1在补风子系统41补风或者通过补封口补风或者在排烟子系统排烟时的风速数据获取，并将获取到的风速数据上传到上位机，风速探头631分别设置于补风子系统41补风口位置处以及排烟子系统42排烟口位置处，风速探头631还设置于门组件7一侧，用于获取门组件7处的风速；另外风速探头631可以设置为可移动结构，以对走廊组件1的不同位置（走廊组件1中上下、左右、前后的空间位置）进行风速测量。

在本实施例中，狭长走廊主体11中还设置有挡烟垂壁9，沿着狭长走廊主体11长度方向，一至多个挡烟垂壁9依次可伸缩设置于狭长走廊主体11的顶部，挡烟垂壁9与狭长走廊主体11的顶部滑动连接，挡烟垂壁9的宽度与狭长走廊主体11的宽度一致。

挡烟垂壁9是由一系列设置在走廊组件1不同水平位置顶部处的可活动且具有一定厚度的挡板构成，为活动式的可拆卸挡烟垂壁，以方便调节垂壁高度和位置，与狭长走廊主体11的顶部及两侧墙壁之间用密封胶进行密封，以防止烟气从缝隙处泄露。通过设置不同数量和位置的挡烟垂壁9，可探究不同防烟分区数量和位置对烟气控制效果的影响；通过设备不同高度的挡烟垂壁9，可探究挡烟垂壁9高度对烟气控制效果的影响，探究走廊组件1排烟效果最大化的挡烟垂壁9设置方式，优化通风排烟组件4的设计整体。本实施例为了验证挡烟垂壁9的设置优点，进行了不同挡烟垂壁作用下的火灾试验，得到如图18和19的曲线图，根据图18的不同挡烟垂壁作用下的安全高度处平均温度曲线图，无挡板时，安全高度处平均温度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差，进一步说明了设置挡烟垂壁9对于火灾烟气的控制效果；根据图19的不同挡烟垂壁作用下的安全高度处平均CO浓度曲线图，无挡板时，安全高度处平均CO浓度最高，表明此时火灾烟气控制效果最差；进一步验证了本实施例设置挡烟垂壁对于火灾 控制的效果。

本实施例可实现排烟口数量、面积及位置、排烟量、补风量、挡烟垂壁高度及位置等诸多排烟阻烟相关参数的灵活调节，可支持无通风排烟系统下火灾烟气自然流动发展规律研究、不同通风排烟系统模式（机械排烟、机械补风、自然补风的不同组合）下走廊烟气流动特征及整体排烟效果的研究、挡烟垂壁阻烟系统对提升排烟效果的研究等。

实施例一

如图2所示，在本模拟试验装置中。两个补风子系统41分别设置于走廊侧室12上方并与走廊侧室12连通，三个排烟子系统42分别与狭长走廊主体11连通，其中一个排烟子系统42设置于狭长走廊主体11的中间位置，另外两个排烟子系统42分别设置于中间位置的排烟子系统42的两侧，在补风子系统41和排烟子系统42的管道上均分别设置风速探头开孔10，以在试验前标定排烟和补风管道内的风速值，确定风机频率和排烟量、补风量之间的关系，将挡烟垂壁9设置在走廊组件1不同位置的顶部处。将摄像头641、相机642、激光片光源643分别设置，以清楚记录火灾试验状态以及通风、排烟过程中烟气运动的流场特征；具体可以将相机642、激光片光源643对应成组布置在走廊组件1内部的关键位置处，激光片光源643可在两侧墙壁形成红色光线，使用相机642拍摄烟气经过该红光时的高度变化，可得到关键位置处烟气高度随时间的变化规律，相机642、激光片光源643数量和位置可以根据需求改变。

热电偶阵列611设置在走廊组件1长度方向设置，最左侧的热电偶阵列611距离走廊组件1的左端0.3m，相邻热电偶阵列611之间的水平间距为1m，热电偶阵列611距地面0m，热电偶阵列611中相邻热电偶之间的竖直间距为0.3m，总共设置410个热电偶探头；布置在走廊组件1不同位置的风速探头631和烟气浓度测量组件62位置可根据实际需求做相应改变；火源组件3位于中部客舱组件2的中心，火源组件3所在客舱组件2与走廊组件1连接的门组件7处的舱门处热电偶串612布置在门组件7的中心，该舱门处热电偶串612据地面0m，舱门处热电偶串612中的相邻热电偶之间的竖直间距为0.3m，总共8个热电偶探头，火源热电偶串613布置在火源组件3的火源中心，从火源上方开始布置，火源热电偶串613中相邻热电偶的竖直间距为0.3m直至顶部。舱门处热电偶串612、风速探头631、门烟气浓度探头622以及火源热电偶串613的位置均应随火源组件3位置的变化为发生相应改变。

试验准备阶段，在通风排烟组件4的排烟管道、补风管道上的风速探头开孔10处测量风速，标定排烟管道和补风管道内的风速值，确定风机（变频轴流补风风机、变频轴流排烟风机）频率和排烟量、补风量之间的关系；然后根据具体工况确定通风排烟模式及各个参数（机械通风、机械补风是否开启，门组件7是否开启、排烟口数量/位置/面积、排烟量、补风量、挡烟垂壁数量/位置、高度等）；将火源组件3的油盘放在指定位置，倒入燃油；开启各个摄像头641、相机642、激光片光源643以及火灾参数测量组件6；试验开始，利用点火装置引燃油盘内燃油，然后通过火灾参数测量组件6测得对应的温度、烟气成分、风速等参数，上传到上位机以进行火灾试验分析。

在实施例一中，通过调整客舱组件2的位置，从而调整客舱组件2和走廊组件1之间的相对位置，从而模拟不同位置的客舱起火的走廊火灾发展过程，如图7至9所示。图7表示客舱组件2位于走廊组件1不同位置时走廊中平均烟气层高度曲线图，从曲线图中可以看出，客舱组件2位于走廊组件1的1/2处时（蓝线），平均烟气层高度随着时间推移，下降速度稍大于其他两种情况；图8表示客舱组件2位于走廊组件1不同位置时的走廊中安全高度处平均温度曲线图，在60到100多秒区间中，客舱组件2位于走廊组件1的1/2处时（蓝线），1/2处的安全高度平均温度高于1/4处然后高于端部；图9为客舱组件2位于走廊组件1不同位置时走廊中的安全高度平均CO浓度曲线图；通过对比分析不同位置处客舱发生火灾时的平均延期层高度、安全高度处平均温度和CO气体浓度，可以认为客舱位于走廊组件1的1/2处火灾发展蔓延最快，事故危险越大。因而从图7至图9中可以直接看出客舱组件2位于走廊组件1不同位置时，其走廊中的烟气情况，本实施例可以探究不同典型船舶舱室结构的火灾烟气流动规律，此外，也可模拟不同客舱处发生火灾情况。

在实施例一中，通风排烟组件4中排烟口位置、排烟口面积、排烟量大小均可改变和调节，因而通过调节排烟口位置、排烟口面积、排烟量大小、无补风/自然补风/机械补风模式、机械补风风量大小的改变，以研究不同工况设计下的烟气流动特性，并探究最佳的火灾烟气控制模式，得到不同排烟量下的走廊火灾烟气控制效果，如图10至12所示。

图10表示不同排烟量下的平均烟气层高度曲线图，从曲线图中可以明确得出，排烟量越高，平均烟气层高度越高，排烟效果越好；图11表示不同排烟量下的安全高度处平均温度曲线图，从曲线图中可以明确得出排烟量越高，安全高度平均温度越低，排烟效果越好；图12表示不同排烟量下的安全高度平均CO浓度曲线图，从曲线图中可以明确得出，排烟量越高，安全高度平均CO浓度越低，排烟效果越好；综合图10至12，可以得出设置不同排烟量对火灾状况的影响，在一定范围下，排烟量越高，排烟效果越好，火灾危害越容易被控制住。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，包括走廊组件（1）、客舱组件（2）、倾斜模拟平台、火源组件（3）、用于对走廊组件（1）和客舱组件（2）通风排烟的通风排烟组件（4）、用于走廊组件（1）防烟的挡烟垂壁（9）以及用于检测走廊组件（1）和客舱组件（2）火灾时的火灾参数测量组件（6）；

走廊组件（1）与客舱组件（2）通过门组件（7）连通，走廊组件（1）和客舱组件（2）滑动连接，用以将客舱组件（2）移动到与走廊组件（1）不同的连通位置，火源组件（3）设置于走廊组件（1）或者客舱组件（2）的任意位置，走廊组件（1）与客舱组件（2）为全尺寸结构，且均设置于倾斜模拟平台上用于模拟不同角度下的火灾试验；

客舱组件（2）为一个或多个，当走廊组件（1）和客舱组件（2）滑动连接时，走廊组件（1）和客舱组件（2）的连接处设置有可移动滑轨，用以模拟走廊组件（1）和客舱组件（2）的T字形连接和L形连接；

所述走廊组件（1）和客舱组件（2）置于倾斜模拟平台上，倾斜模拟平台通过液压装置调整走廊组件（1）和客舱组件（2）前后、左右倾斜角度，以实现海上不同倾斜角度下的火灾烟气控制模拟；

所述走廊组件（1）设置有可移动的走廊风机，用于模拟船舶走廊组件（1）和客舱组件（2）不同风速和风向，以实现海上不同风速和风向作用下的火灾烟气发展蔓延模拟。

2.根据权利要求1所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，所述走廊组件（1）包括狭长走廊主体（11）、走廊侧室（12）、端门（13）和外门（14），两个走廊侧室（12）分别设置于狭长走廊主体（11）的两端并通过端门（13）连通，走廊侧室（12）通过外门（14）与外界环境连通，狭长走廊主体（11）上开设多个观察窗（8），观察窗（8）和客舱组件（2）分别设置于狭长走廊主体（11）长度方向的两侧，观察窗（8）材质为钢化玻璃。

3.根据权利要求2所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，沿着狭长走廊主体（11）长度方向，一至多个挡烟垂壁（9）依次可伸缩设置于狭长走廊主体（11）的顶部，挡烟垂壁（9）与狭长走廊主体（11）的顶部滑动连接，挡烟垂壁（9）的宽度与狭长走廊主体（11）的宽度一致。

4.根据权利要求2所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，所述通风排烟组件（4）包括补风子系统（41）和排烟子系统（42），补风子系统（41）与走廊侧室（12）连通用以通过走廊侧室（12）向狭长走廊主体（11）通风，排烟子系统（42）与狭长走廊主体（11）连通用以将狭长走廊主体（11）中的烟气排出；

所述补风子系统（41）包括补风管道、电动补风阀和变频轴流补风风机，走廊侧室（12）的顶部和侧壁下方分别设置有补风口，补风管道的一端通过补风口与走廊侧室（12）连通、另一端连接到变频轴流补风风机的输出端，变频轴流补风风机上设置有风量调节装置，以探究不同补风量对火灾烟气控制效果的影响；

所述排烟子系统（42）包括排烟管道、变频轴流排烟风机、电动排烟阀，电动排烟阀用于控制变频轴流排烟风机的开闭，从而实现自动化排烟需要，多个排烟管道分别与狭长走廊主体（11）上开通的排烟口连通，以在狭长走廊主体（11）火灾时进行排烟；

排烟口设有启闭阀以及尺寸调节机构，通过启闭阀的开/闭，实现不同位置排烟措施影响研究，通过尺寸调节机构实现排烟口的不同联通尺寸设置，用于探究不同排烟口数量和排烟口尺寸对排烟措施影响研究。

5.根据权利要求2所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，火灾参数测量组件（6）包括用于检测试验装置内部烟气温度的烟气温度测量组件（61）、用于检测试验装置内部烟气浓度的烟气浓度测量组件（62）、用于检测走廊组件（1）中风速的风速测量组件（63）以及用于对烟气流动可视化实时监测的烟气流动观测子系统（64）。

6.根据权利要求5所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，烟气流动观测子系统（64）包括摄像头（641）、相机（642）和激光片光源（643），一至多个摄像头（641）依次沿着狭长走廊主体（11）长度方向设置于狭长走廊主体（11）外侧，且视场方向面向观察窗（8）设置，相机（642）和激光片光源（643）作为一组相机组件，用以记录烟气流动及沉降情况。

7.根据权利要求5所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，所述烟气浓度测量组件（62）包括烟气浓度测量探头（621）、门烟气浓度探头（622）和烟气浓度数据采集装置，烟气浓度数据采集装置分别与烟气浓度测量探头（621）、门烟气浓度探头（622）电连接；

烟气浓度测量探头（621）沿着走廊组件（1）长度方向依次设置，门烟气浓度探头（622）设置于门组件（7）一侧。

8.根据权利要求5所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，所述风速测量组件（63）包括风速探头（631）和与风速探头（631）电连接的风速数据采集装置，风速探头（631）分别设置于补风子系统（41）补风口位置处以及排烟子系统（42）排烟口位置处，风速探头（631）还设置于门组件（7）一侧。

9.根据权利要求5所述的船舶客舱与走廊火灾烟气控制模拟试验装置，其特征在于，烟气温度测量组件（61）包括热电偶阵列（611）、舱门处热电偶串（612）、火源热电偶串（613）和烟气温度数据采集装置；

热电偶阵列（611）中的多个热电偶、舱门处热电偶串（612）中的多个热电偶、火源热电偶串（613）中的多个热电偶均分别与烟气温度数据采集装置电连接。