CN207441093U - 一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置，其特征包括：多层燃烧室、模拟侧墙、移动平台、铠装热电偶、热辐射通量测量仪、热电偶贴片、玻璃边框、阳光控制镀膜玻璃、模拟可燃物；多层燃烧室为两个中空的燃烧腔室叠加而成，模拟侧墙分别与设有窗口的壁面进行组合，形成U型结构；铠装热电偶呈阵列布设在燃烧腔室一个侧面和模拟侧墙上；热辐射通量检测仪设置在下层燃烧腔室设有窗口壁面的正前方。本实用新型用于研究侧墙限制下建筑外壁面火灾蔓延情况和在侧面受限条件下火焰与烟气羽流特征以及外立面火溢流卷入上层腔室发生次生火灾的一般规律，从而为在此类建筑发生火灾时提供更优的应急方案与防范措施。

Description

一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置

技术领域

本实用新型属于火灾安全技术领域，具体涉及城市U型建筑物外壁面火灾蔓延且侧面受限条件下的火焰与烟气羽流特征以及外立面火溢流卷入上层腔室发生次生火灾的实验研究装置。

背景技术

近年来，随着经济飞速的发展，城市规模不断扩大，日益激增的人口与国家紧缺的土地矛盾日益激化，所以国家建造了一大批高密度、大规模的居民住宅用房群。这些住宅群的结构各有不同，尤其是有一类建筑结构类似“U”型、“回”型、甚至“L”型，较普通的建筑结构有较好的稳定性。然而，有利必有弊，在这类建筑拥有较高稳定性的同时也存在着一些安全隐患。一旦这类建筑发生火灾，火焰就会沿着窗户蔓延出来，再沿着建筑壁面迅速扩散，更有甚者火溢流会顺着外壁向上蔓延，通过辐射传热给上层腔室的易燃物，高温火焰使上层玻璃破碎并造成次生火灾的进一步发生，从而引发大型建筑火灾，给国家和人民带来不可估量的人员伤亡和经济损失。由于此类建筑结构据有一定的特殊性，建筑的外壁面火灾也会和普通建筑形式所发生的火灾具有特殊性。

通常学术上所说的火溢流现象就是火焰随着烟气流动到窗户外部燃烧的现象；由于窗户外部氧气更为充分极有可能发生轰燃现象，一旦发生轰燃其后果更加难以想象。之前的一些城市外壁面火灾实验台未涉及改变不同侧墙宽度和长度的U型结构形式，也未考虑不同侧墙结构和环境风耦合形成的烟囱效应对外立面火灾的影响，同时也忽略了火溢流会沿着外立面向上蔓延的时候可能会卷入上层腔室引发次生火灾。目前国内外研究者针对这种U型特殊建筑结构形式的火溢流火灾现象研究涉及较少，很多规律需要深入探究，故需要专门建立一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置。

发明内容

本实用新型是为解决现有技术的不足之处，提出一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置，以期能用于研究U型建筑外壁面火灾蔓延情况时，并在侧面受限条件下火焰与烟气羽流特征以及外立面火溢流卷入上层腔室发生次生火灾的一般规律，从而为在此类建筑防火设计提供参考。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置的结构特点包括：多层燃烧室、模拟侧墙、移动平台、铠装热电偶、热辐射通量测量仪、热电偶贴片、阳光控制镀膜玻璃、模拟可燃物、水冷热流计、DV摄像机、轴流风机、玻璃边框；

所述多层燃烧室为两个中空的燃烧腔室叠加而成，包括上层燃烧腔室和下层燃烧腔室；所述上层燃烧腔室和下层燃烧腔室的内腔顶部均设置有喷淋头、底部均为钢板，所述下层燃烧腔室设有喷气孔；其中所述上层燃烧腔室内设置有所述模拟可燃物；

所述上层燃烧腔室和下层燃烧腔室的同一个壁面均设置为耐高温透明玻璃，与所述耐高温透明玻璃相对应的壁面设置为玻璃对面钢板，在所述玻璃对面钢板上呈阵列排布有所述铠装热电偶；

在所述上层燃烧腔室和下层燃烧腔室上，并与所述耐高温透明玻璃相邻的壁面上分别设置有上窗口和下窗口；在所述上层燃烧腔室的上窗口上安装有玻璃边框及阳光控制镀膜玻璃；在所述阳光控制镀膜玻璃上呈阵列布置有所述热电偶贴片；并与所述阳光控制镀膜玻璃相邻的位置处设置有用于测量玻璃表面总热流值的水冷热流计；

以所述多层燃烧室的上窗口和下窗口所在面为所述多层燃烧室的模拟翼墙，在所述模拟翼墙的前方摆放有轴流风机、DV摄像机和所述热辐射通量测量仪，所述轴流风机用于模拟实际环境中的侧风；所述DV摄像机用于记录火焰图像及所述阳光控制镀膜玻璃破裂时刻；所述热辐射通量测量仪用于测量所述多层燃烧室溢出火焰的热辐射特征。

所述模拟侧墙与所述模拟翼墙的壁面垂直形成U型结构，并通过三角斜筋固定在所述移动平台上；任意模拟侧墙之间通过插销和插孔进行延伸；在所述模拟侧墙上通过细铁丝呈阵列排布有若干个铠装热电偶；

本实用新型所述的防火模拟实验装置的结构特点也在于，在所述耐高温透明玻璃的壁面上设有备用通孔。

在所述模拟翼墙的两侧，并沿着水平方向上设置有可伸缩的延伸装置；所述延伸装置与所述模拟侧墙形成扩展的U型结构。

与现有技术相比，本实用新型充分考虑了建筑结构楼层较高以及不同大小侧墙、侧墙深度对结构的影响以及火溢流可能造成的上层腔室次生火灾的发生情况，并利用合理的模拟结构设置来研究U型建筑火灾防护特征，并达到了操作方便经济性较好的效果，具体的说，有益效果体现在：

1、在侧墙结构方面，通常来说不同的U型建筑的侧墙大小和结构会有很多差异，而一般的实验台都是固定式的，可能忽略了不同结构对火溢流现象的影响。本实用新型是基于固定式的试验台基础上，通过接合多个模拟侧墙来实现侧墙深度的改变；通过移动平台改变模拟侧墙之间的距离；从而可以针对不同侧墙条件进行多组试验，减少了实验成本，也便于学者进行研究操作；

2、在燃烧室方面，本实用新型提出了通过多层燃烧室来模拟火灾发生时的高层建筑；堆垛的形式也使结构更加容易拆分和组装，既节省了材料与资源，也更加贴合实际高层建筑结构，具有很强的实用价值；

3、在次生火灾研究方面，通常来说一般的建筑火灾研究台除了可能会忽略燃烧室高度以外，还有可能会忽略次生火灾发生的情况。本实用新型通过在上层燃烧腔室的窗口设置玻璃边框用于安装不同厚度阳光控制镀膜玻璃模拟建筑玻璃幕墙，并且在其内部放置模拟燃烧物。在上层燃烧腔室的正前方位置拉细铁丝安装铠装热电偶，可以测量上层腔室燃烧时的室外温度。在燃烧室模拟翼墙放置轴流风机模仿侧风，通过设置在玻璃上热电偶贴片以及水冷热流计，用DV记录燃烧过程，从而有利于研究火溢流发生引起上层腔室内易燃物发生燃烧以及玻璃破碎时的相关特征。

因此，本实用新型对研究特殊U型结构高层建筑的外壁面火灾以及次生火灾具有重要的意义。

附图说明

图1-1为本实用新型技术中一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置整体结构示意图；

图1-2为本实用新型技术中实验台装置正视图；

图2为本实用新型技术中底面钢板喷气孔布置示意图；

图3为本实用新型技术中耐高温玻璃对面板热电偶布置正视图；

图4为本实用新型技术中模拟侧墙上热电偶布置正视图；

图5为本实用新型技术中阳光控制镀膜玻璃热电偶布置正视图；

图6为本实用新型技术中模拟侧墙对接及拉伸立体图；

图7为本实用新型技术中两层燃烧室以及热辐射测量装置、水冷热流计、DV摄像机立体图；

图中标号：1a上窗口，1b下窗口，2模拟侧墙，3模拟轨道，4三角斜筋，5移动轮，6 移动平台，7实验平台，8燃烧室，9喷淋头，10底面钢板，11喷气孔，12玻璃对面钢板， 13铠装热电偶，14插孔，15插销；16测量通孔；17热辐射测量仪；18耐高温透明玻璃；19 热电偶贴片，20阳光控制镀膜玻璃；21模拟可燃物；22水冷热流计；23DV摄像机；24轴流风机；25玻璃边框；26细铁丝。

具体实施方式

如图1-1和图1-2所示，一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置，其特征包括：多层燃烧室8、模拟侧墙2、移动平台6、铠装热电偶13、热辐射通量测量仪17、热电偶贴片19、阳光控制镀膜玻璃20、模拟可燃物21、水冷热流计22、DV摄像机23、轴流风机24 和玻璃边框25；

多层燃烧室8为两个中空的燃烧腔室叠加而成，包括上层燃烧腔室和下层燃烧腔室；其中多层燃烧室8是矩形空心箱体，尺寸为1m*1m*1m的立方体，腔室壁面由3cm-5cm厚度的隔热板而成。上层燃烧腔室和下层燃烧腔室的内腔顶部均设置有喷淋头9，如图2所示，底部均设置为底面钢板10，下层燃烧腔室设有喷气孔11；下层燃烧腔室底面钢板10开9个喷气孔11，直径为2cm，用于放置液体燃料或固体燃料或气体燃烧喷头，九孔的位置分别是正中、中前，中后、左中、左前、左后、右中、右前、右后，间距为25cm，各孔可封堵；上层燃烧腔室底面钢板10不开孔；

上层燃烧腔室内设置有所述模拟可燃物21；上层燃烧腔室内的模拟可燃物21为聚苯乙烯材料，大小为20cm*20cm*20cm，形状为正立方体；

上层燃烧腔室和下层燃烧腔室的同一个壁面均设置为耐高温透明玻璃18，如图3所示，与耐高温透明玻璃18相对应的壁面设置为玻璃对面钢板12，在玻璃对面钢板12上呈阵列排布有铠装热电偶13，如图4所示。在上层燃烧腔室正前方共放置2排5行细铁丝26，细铁丝 26之间的间距为15cm，细铁丝26上装置的铠装热电偶13主要用于测量下层燃烧腔室蔓延至上层燃烧腔室的外部火焰温度；

活动平台6由矩形底座和四个移动轮5构成，其中移动轮在地面模拟轨道3上进行横向移动，模拟侧墙2与设有耐高温透明玻璃18的壁面进行接缝，并且其侧面边缘处设置有可伸缩的延伸装置可以拉伸模拟侧墙，改变U型的宽度；矩形底座与底部的燃烧室的底部共面；所在每个燃烧腔室的内腔顶部设置有喷淋头9以便熄灭燃烧室里的残留火焰；

地面模拟轨道3平行于模拟翼墙，为钢制槽钢，尺寸略大于活动平台的移动轮的厚度，且地面轨道具有止固移动轮的卡槽，用于确定模拟侧墙的之间的距离。

设置9个热电偶贴片19呈阵列分布在阳光控制镀膜玻璃20表面，每两个热电偶贴片19 之间的间距为12cm，以便精确测量玻璃破碎时的温度；

在上层燃烧腔室和下层燃烧腔室上，并与耐高温透明玻璃18相邻的壁面上分别设置有上窗口1a和下窗口1b；在上层燃烧腔室的上窗口1a上安装有玻璃边框25及阳光控制镀膜玻璃 20，玻璃边框25可以安装不同厚度的阳光控制镀膜玻璃20，以此来研究不同厚度的玻璃受下层火溢流影响下何时破裂，引燃上层腔室内模拟可燃物，引发上层腔室发生次生火灾现象。如图5所示，在阳光控制镀膜玻璃20上呈阵列布置有热电偶贴片19；并与阳光控制镀膜玻璃20相邻的位置处设置有用于测量玻璃表面总热流值的水冷热流计22；

如图6所示，模拟侧墙2与模拟翼墙的壁面垂直形成U型结构，并通过三角斜筋4固定在所述移动平台6上；任意模拟侧墙2之间通过插销15和插孔14进行延伸；在模拟侧墙2上通过细铁丝26呈阵列排布有若干个铠装热电偶13；如图6所示的模拟实验装置，在模拟翼墙的两侧，并沿着水平方向上设置有可伸缩的延伸装置；延伸装置与所述模拟侧墙2形成扩展的U型结构。

如图7所示，以多层燃烧室8的上窗口1a和下窗口1b所在面为多层燃烧室8的模拟翼墙，在模拟翼墙的前方摆放有轴流风机24、DV摄像机和热辐射通量测量仪17，轴流风机24用于模拟实际环境中的侧风；DV摄像机用于记录火焰图像及所述阳光控制镀膜玻璃20破裂时刻；热辐射通量测量仪17用于测量多层燃烧室溢出火焰的热辐射特征。如图7所示的防火模拟实验装置，在耐高温透明玻璃18的壁面上设有备用通孔16。

Claims (3)

1.一种侧墙限制下建筑外立面的防火模拟实验装置，其特征包括：多层燃烧室(8)、模拟侧墙(2)、移动平台(6)、铠装热电偶(13)、热辐射通量测量仪(17)、热电偶贴片(19)、阳光控制镀膜玻璃(20)、模拟可燃物(21)、水冷热流计(22)、DV摄像机(23)、轴流风机(24)、玻璃边框(25)；

所述多层燃烧室(8)为两个中空的燃烧腔室叠加而成，包括上层燃烧腔室和下层燃烧腔室；所述上层燃烧腔室和下层燃烧腔室的内腔顶部均设置有喷淋头(9)、底部均为钢板(10)，所述下层燃烧腔室设有喷气孔(11)；其中所述上层燃烧腔室内设置有所述模拟可燃物(21)；

所述上层燃烧腔室和下层燃烧腔室的同一个壁面均设置为耐高温透明玻璃(18)，与所述耐高温透明玻璃(18)相对应的壁面设置为玻璃对面钢板(12)，在所述玻璃对面钢板(12)上呈阵列排布有所述铠装热电偶(13)；

在所述上层燃烧腔室和下层燃烧腔室上，并与所述耐高温透明玻璃(18)相邻的壁面上分别设置有上窗口(1a)和下窗口(1b)；在所述上层燃烧腔室的上窗口(1a)上安装有玻璃边框(25)及阳光控制镀膜玻璃(20)；在所述阳光控制镀膜玻璃(20)上呈阵列布置有所述热电偶贴片(19)；并与所述阳光控制镀膜玻璃(20)相邻的位置处设置有用于测量玻璃表面总热流值的水冷热流计(22)；

以所述多层燃烧室(8)的上窗口(1a)和下窗口(1b)所在面为所述多层燃烧室(8)的模拟翼墙，在所述模拟翼墙的前方摆放有轴流风机(24)、DV摄像机和所述热辐射通量测量仪(17)，所述轴流风机(24)用于模拟实际环境中的侧风；所述DV摄像机用于记录火焰图像及所述阳光控制镀膜玻璃(20)破裂时刻；所述热辐射通量测量仪(17)用于测量所述多层燃烧室溢出火焰的热辐射特征；

所述模拟侧墙(2)与所述模拟翼墙的壁面垂直形成U型结构，并通过三角斜筋(4)固定在所述移动平台(6)上；任意模拟侧墙(2)之间通过插销(15)和插孔(14)进行延伸；在所述模拟侧墙(2)上通过细铁丝(26)呈阵列排布有若干个铠装热电偶(13)。

2.根据权利要求1所述的防火模拟实验装置，其特征是，在所述耐高温透明玻璃(18)的壁面上设有备用通孔(16)。

3.根据权利要求1所述的防火模拟实验装置，其特征是，在所述模拟翼墙的两侧，并沿着水平方向上设置有可伸缩的延伸装置；所述延伸装置与所述模拟侧墙(2)形成扩展的U型结构。