CN209015544U - 一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，包括腔室、供风系统以及数据采集处理系统；本实验模拟装置是专门对环境风作用下船舶顶部开口舱室发生火灾时烟气流动状态、流动形式、流动过程以及腔室内火行为的影响进行全面系统研究的小尺寸实验台。在前人基础上克服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船舶顶部开口舱室烟气控制和优化排烟效果都有较大的应用价值。对船舶顶部开口舱室的火灾时排烟系统的设计具有实际的指导意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及火灾安全技术领域，更具体地说是涉及一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，用于对水平风强迫对流作用下的船舶顶部开口的受限空间内火灾行为的研究。
背景技术
全球经济发展加速了海上贸易的发展，促进了全球航运业。与此同时，海上船舶的火灾安全问题也愈加突出。不同于陆地建筑火灾，船舶舱室多是顶部开口，人员疏散出口少，且火灾烟气无法有效排出，所以一旦发生火灾，损失必将巨大。
事实上，船舶海上航行不可避免会受到环境风的影响。环境风作用下船舶舱室内外的气体输运机制与特征也与无风环境下存在差异，环境风作用下船舶顶部开口舱室水平开口处不仅受到舱室内膨胀压力与浮力的耦合作用，还受到水平强迫对流的影响，这些均使得舱室内燃烧产物输运过程与外界无风的情况会有所不同，且水平开口处空气与烟气掺混交换的模式更加复杂。
前人的研究仅对环境风作用下中庭、隧道等结构的自然排烟口处的烟气输运进行了探讨，易亮等人利用双区模型研究了水平风对腔室火灾自然排烟的影响，并提出了用净风压系数来表征环境风的作用。阳东等人研究了环境风压对中庭水平开口处排烟的影响，建立了定量描述腔室开口下方热压及其驱动水平开口排烟的系列模型，并揭示了影响水平开口排烟效率的主要因素。范传刚等人针对外界环境风对隧道竖井自然排烟效率的影响进行了模拟研究。纪杰等人针对外界风速影响下门窗敞开的房间火灾特征参数开展了实验研究。Chow等人分析了环境风、浮力及热膨胀的相互作用对竖向双开口的腔室火行为的影响。Venkatasubbaiah等人采用大涡模拟方法研究了风作用于上层腔室侧门时腔室内热羽流的行为特征。
然而，由于顶部开口舱室结构的特殊性，以往的试验数据和数值模拟结果不能充分揭示并用于分析环境风作用下船舶顶部单开口腔室内火灾行为及气流输运行为，更重要的是，全尺寸整船火灾实验需要调动大量的人力物力财力，并且条件难以控制、实验不易展开。所以，开展满足相似性理论的小尺寸实验研究，能更好地揭示环境风作用下船舶顶部单开口腔室内火灾行为及气流输运行为。同时，小尺寸实验具有易操控性、良好的可再现性以及测量结果的可信度高等优点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，为了能够在实验室尺度下充分研究环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾行为，也即水平风强迫对流作用下顶部开口的受限空间内火灾行为。
本实用新型采取以下技术方案：
一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，包括腔室、供风系统，以及数据采集处理系统；
所述腔室，是由五面钢板及一侧面透明玻璃构成的长方体，腔室内底部放置一油盘，油盘内放置用于燃烧的液态燃料；
所述供风系统，包括设置在腔室一侧小型风墙，风机侧固定有一面多阵列稳流管，用于提供均匀风流；
所述数据采集处理系统包括质量测量系统、温度测量系统、气体组分测量系统、风速测量系统及摄像系统，其中：所述质量测量系统是在腔室中、油盘底部放置称重天平，用于实时显示并记录油盘内燃油质量；所述温度测量系统包括是在腔室内的多束由上至下的热电偶束，包括油盘正上方、腔室四壁中央；所述气体组分测量系统是在所述腔室中设置一气体组分测点，来自所述气体组分测点的被测气体接入气体分析仪进行气体组分测量；所述风速测量系统包括在所述上层腔室的顶部开口位置处设置烟气速度测点，以及在风机与腔室之间放置一束风速测点；所述摄像系统是在腔室右侧架设一摄像机，用于实时记录腔室内火灾行为。
其中，所述腔室是以不锈钢为材质，所述腔室中的一侧面透明玻璃是以钢化玻璃为材质。
其中，所述腔室的顶部钢板开口，且可拆卸，为研究不同开口尺寸及位置的工况，所以准备多块具有不同开口尺寸与位置的顶部钢板。
其中，所述腔室的玻璃侧壁与底板之间的连接处由密封条和密封胶进行密封。
其中，所述腔室内底部放置一油盘，可根据不同工况要求更换不同尺寸的油盘。
其中，所述油盘可放置在腔室内底部任意位置。
其中，所述液态燃料为正庚烷。
其中，所述风机设置调速阀门，风速可调。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、本实用新型直接采用池火作为火源，能够模拟在环境风作用下的真实火灾时的顶部开口处烟气流动，并能通过侧面透明玻璃清晰地监测到整个实验过程和现象。
2、本实用新型在风机上设置调速阀门，从而可以研究在不同环境风强迫对流作用下的船舶顶部开口的受限空间内火灾行为。
3、本实用新型设置为可拆式结构，通过设置不同开口尺寸与位置的顶板可用于研究在不同开口尺寸与位置的条件下，顶部开口腔室的火灾行为。
4、本实用新型实验过程可控，重复性高，操作方便同时与计算机模拟方法相比准确性高。
附图说明
图1为本发明所述采用环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置的整体结构示意图；
图2为腔室6的上顶板不同顶部开口位置示意图；
图3为本发明所述采用环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置一种实施例的A-A剖面及传感器布置示意图；其中，图3(a)为图1中A-A剖面示意图，图3(b)为传感器布置示意图；
图4为本发明所述采用环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置一种实施例的B-B剖面示意图。
图中标号：1-风墙；2-整流管；3-速度测量束；4-顶部开口；5-摄像机；6-腔室；7a-第一热电偶树；7b-第二热电偶树；7c-第三热电偶树；7d-第四热电偶树；8a-第一气体浓度测量束；8b-第二气体浓度测量束；8c-第三气体浓度测量束；9-油盘(火源)；10-风机；11-整流管网；12-激光片光源；13-调速阀门。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
参见图1，本实施例中环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置包括腔室6、供风系统以及数据采集处理系统。腔室6整体由钢板构成，上顶板可拆卸，且具有不同开口尺寸及开口位置，右侧壁为透明玻璃。腔室6底部放置有油盘，油盘内放置燃油，油盘底部放置称重天平，用于实时显示并记录油盘内燃油质量。
参见图1，整个实验模拟装置如图放置，从左到右分别是供风系统、速度测量束3、腔室6、摄像机5。摄像机5架设在腔室6右侧，且正对腔室6右侧玻璃，用于拍摄记录腔室6内实验现象。供风系统包括风墙1、整流管2和调速阀门13。
参见图2，腔室6的上顶板可拆卸，可安装具有不同顶部开口位置及尺寸的顶板，用于研究环境风作用下不同顶部开口工况对腔室内火灾行为的影响。
参见图3，油盘9正上方、腔室6内部周围放置共4束热电偶束，分别为第一热电偶树7a；第二热电偶树7b；第三热电偶树7c；第四热电偶树7d，用于记录腔室内温度变化。激光片光源12用于测量风作用下顶部开口4处的气体流动。在腔室6内部距离油盘9水平方向上不同位置处分别设置第一气体浓度测量束8a、第二气体浓度测量束8b和第三气体浓度测量束8c，用于记录距离火源不同水平距离处的气体浓度。
参见图4，风墙1由两个风机10构成，风机10竖向堆叠放置，正对右侧腔室6，风机10右侧固定有整流管网11，其为一面多阵列稳流管，用于提供均匀风流。整流管网11右侧放置作为风速测点的速度测量束3，用于记录风机提供的风速。
参见图1，实验准备阶段，在腔室6内放置油盘9，倒入燃油。实验开始时，首先开启风机10、摄像机5及数据采集处理系统，然后利用点火装置引燃油盘9内燃油。引燃后，腔室6内部迅速升温，热电偶束实时记录各个测点温度。风机10提供均匀环境风速，通过速度测量束3记录实时风速。腔室6右侧摄像机5实时记录环境风作用下的顶部开口4腔室火灾行为。数据采集系统实时接收并记录油盘9内燃油的质量损失速率值、腔室6内部各温度测点值、气体组分浓度值和环境风速值。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
Claims (8)
1.一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述的火灾实验模拟装置包括：腔室、供风系统以及数据采集处理系统；
所述腔室，是由五面钢板及一侧面透明玻璃构成的长方体，腔室内底部放置一油盘，油盘内放置用于燃烧的液态燃料；
所述供风系统，包括设置在腔室一侧小型风墙，风机侧固定有一面多阵列稳流管，用于提供均匀风流；
所述数据采集处理系统包括质量测量系统、温度测量系统、气体组分测量系统、风速测量系统及摄像系统，其中：所述质量测量系统是在腔室中、油盘底部放置称重天平，用于实时显示并记录油盘内燃油质量；所述温度测量系统包括是在腔室内的多束由上至下的热电偶束，包括油盘正上方、腔室四壁中央；所述气体组分测量系统是在所述腔室中设置一气体组分测点，来自所述气体组分测点的被测气体接入气体分析仪进行气体组分测量；所述风速测量系统包括在所述腔室的顶部开口位置处设置烟气速度测点，以及在风机与腔室之间放置一束风速测点；所述摄像系统是在腔室右侧架设一摄像机，用于实时记录腔室内火灾行为。
2.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述腔室是以不锈钢为材质，所述腔室中的一侧面透明玻璃是以钢化玻璃为材质。
3.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述腔室的顶部钢板开口，且可拆卸，为研究不同开口尺寸及位置的工况，所以准备多块具有不同开口尺寸与位置的顶部钢板。
4.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述腔室的玻璃侧壁与底板之间的连接处由密封条和密封胶进行密封。
5.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述腔室内底部放置一油盘，可根据不同工况要求更换不同尺寸的油盘。
6.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述油盘可放置在腔室内底部任意位置。
7.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述液态燃料为正庚烷。
8.根据权利要求1所述的环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，其特征在于：所述风机设置调速阀门，风速可调。
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| CN201820579107.XU CN209015544U (zh) | 2018-04-23 | 2018-04-23 | 一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置 |
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| CN201820579107.XU CN209015544U (zh) | 2018-04-23 | 2018-04-23 | 一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置 |
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| CN (1) | CN209015544U (zh) |
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|---|---|---|---|---|
| CN108320650A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-07-24 | 中国科学技术大学 | 一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置 |
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2018
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| CN108320650A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-07-24 | 中国科学技术大学 | 一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置 |
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