CN210925183U - 一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置，包括隧道系统、流淌槽系统、变坡度系统、供油系统和数据采集系统。该模拟装置主要针对隧道中燃料泄漏引发流淌火灾事故，开展不同风速和不同坡度的隧道地面流淌火蔓延和燃烧实验，研究隧道流淌火的蔓延距离，燃烧速率等参数变化，以获得隧道流淌火的蔓延和燃烧规律。该模拟装置克服了全尺寸模型中存在的实验变量难以控制，实验消耗大的缺点，以及微尺寸模型中存在的实验效果不明显，数据不充分的缺点，操作简单，易于安装和拆卸。

Description

一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟装置，用于模拟隧道中流淌火灾并观测其燃烧速率和蔓延距离等，具体涉及一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置。

背景技术

随着城市化进程的快速推进和经济水平的不断提高，公路隧道工程被大规模的建设和使用；另一方面，当前各行业对石油燃料的需求越来大，加上公路运输的方式具有灵活性，运用油罐车运输成品油的方法趋于常规化，这使得在运输过程中发生泄漏事故的比例越来越大。油品在运输中发生泄漏，同时泄漏的液体燃料会在重力的作用下随着一定的坡度流淌，一旦液体燃料被点燃，将迅速引发大火且火势会随着坡度快速蔓延，从而影响到隧道中的其他物体，引发连锁反应，造成严重的隧道火灾事故。由于隧道流淌火灾事故具有多发性和严重性，因此研究隧道流淌火灾蔓延和燃烧特性的必要性不言而喻。但是，目前针对隧道中燃料泄漏引发流淌火的燃烧规律和后果测试装置并没有相关研究。

现有的模拟装置中，存在一种用于模拟加油站流淌火事故的系统，其包括水泥槽、测温单元、测热流单元、燃油导入装置等，可以模拟在加油站油品发生泄漏时或者在加油过程中加油枪发生跌落、拉断事故导致油品泄漏发生流淌火事故，并采集到火灾的相应数据。但是此模拟装置只能应用于单一场景，无法应用于隧道场景下发生的流淌火灾。

鉴于以上原因，本实用新型提供一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置，用于研究隧道流淌火灾的蔓延和燃烧特性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置，通过对隧道系统、流淌槽系统、变坡度系统、供油系统和数据采集系统的合理布置，针对隧道中发生的流淌火灾事故，通过本装置来研究隧道流淌火的蔓延距离，燃烧速率，蔓延速率、温度和辐射分布等问题，从而能够建立隧道流淌火灾事故的后果预测模型，来达到为隧道流淌火灾事故应急处置提供依据的目的。

本实用新型方案包括：

一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置，其包括隧道系统、流淌系统、变坡度系统、供油系统和数据采集系统。

所述的模拟装置，其中，隧道系统包括隧道框架、可视窗口和点火口；其中，隧道框架采用铝合金材料制作，长4m，宽1m，高1.2m；隧道框架的壁面采用白铁皮制作，为防止高温影响铁皮状态，在隧道内侧铁皮表面铺上一层厚度为3cm的防火棉；可视窗口材料为防爆钢化玻璃，长2.2m，高1m，安装在隧道一侧，用于观测燃烧时的火焰状态；点火口位于隧道一侧，长30cm，宽30cm，用于点火作业，实验时，点火口用锡箔纸封实；支撑脚位于隧道系统的四个角，高40cm，用于支撑起隧道系统。

所述的模拟装置，其中，流淌系统包括V型溢油槽、流淌槽和冷却水槽，三种槽均采用不锈钢材料制作并焊接在一起；V型溢油槽位于流淌槽和冷却水槽前端，上端宽度为1m，下端是一个圆形接口，焊接了一根不锈钢管，直径为1cm，便于和软管连接，使油自下而上的从V型溢油槽流出；流淌槽在溢油槽后方，长4m，宽1m，侧壁高2cm，当燃料从V溢油槽流出时，直接进入流淌槽开始流淌；冷却水槽在流淌槽的下方，长4m，宽1m，侧壁高3cm，模拟隧道流淌火灾时，冷却水槽内充满流动的冷却水，其目的是为了防止流淌槽表面因高温而产生变形。

所述的模拟装置，其中，变坡度系统包括液压千斤顶和数显水平尺；其中，液压千斤顶位于流淌系统的底部，用来改变整个隧道系统和流淌系统的坡度；数显水平尺固定在流淌系统一侧，用来配合液压千斤顶以实现改变坡度的目的，数显水平尺的测量分辨率为0.1゜公差为±0.2゜。实验时，需用数显水平尺进行水平校正。

所述的模拟装置，其中，风机系统包括风管、风机和整流网；风管由厚度为1mm的铁皮制作而成，呈喇叭状，总长1m，风管一端高1.2m，宽1m，焊接在隧道系统的一端，风管另一端高60cm，宽50cm，上有一直径为30cm的圆型风管接口，用于安装风机；风机采用轴流风机，可调节不同的风速，风机孔直径为30cm；整流网是由细铁丝编制而成的网格栅，安装在风管的一端，可保证由风机产生的风，均匀的被输送到隧道中。

所述的模拟装置，其中，供油系统包括智能型蠕动泵、电子天平、U型不锈钢管、沉淀头、软管和油桶；其中，软管穿入U型不锈钢管中，目的是保证在实验结束时，软管内充满液体，防止发生回火使管内爆炸，软管的一端与智能型蠕动泵相连，端口与V型溢油槽下方的不锈钢管相连，为防止燃烧时高温的影响，端口处用锡箔纸覆盖；软管的另一端首先与沉淀头相连，再放入油桶内，目的是防止在实验中，软管脱离油桶，造成燃料泄露，发生危险；油桶是放置于电子天平上，便于时刻观察油桶内燃料的质量损失情况。

所述的模拟装置，其中，数据采集系统包括设置在流淌槽上的热电偶阵列、设置在流淌系统一测的辐射仪、设置在隧道顶棚的热电偶阵列和设置在隧道一端的摄像机；其中，设置在流淌槽上的热电偶阵列，通过一块总长3m的铝合金板进行连接，每相邻两根热电偶之间的距离为5cm；设置在隧道系统一测的辐射仪，共两只，固定在隧道壁面上；设置在顶棚的热电偶阵列，每两根热电偶之间的距离是20cm，顶棚热电偶到流淌槽的距离是90cm；设置在隧道的一端的摄像机，用于观察隧道流淌火的实时燃烧情况。

本实用新型的优点和积极效果为：

(1)本模拟装置中，中尺度规模的隧道模型，弥补了全尺寸模型中存在的实验变量难以控制，实验消耗大的缺点，以及微尺寸模型中存在的实验效果不明显，数据不充分的缺点；

(2)在本模拟装置中，流淌槽为整体结构，非胶合的拼接型结构，避免因在实验中高温和燃料腐蚀胶水而造成泄漏的危险情况；

(3)在本模拟装置中，设置了良好的冷却水槽，可保证流淌槽不会因高温而发生变形，进而保证了测量数据的准确性；

(4)在本模拟装置中，设置了全面的数据采集系统，可实时监测实验时各项数据的变化；

(5)在本模拟装置中，可开展不同风速和不同坡度条件下隧道地面流淌火蔓延和燃烧实验，同时操作简单，易于安装和拆卸。

附图说明

图1是模拟装置的结构总体示意图；

图2是隧道系统结构示意图；

图3是流淌系统结构示意图及局部细节图；

图4是风机系统示意图；

图5是数据采集系统中设置在流淌槽一侧热电偶位置示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目标、内容和结构更加详细，下面将结合附图1-5和具体实施方式作进一步说明。

本实用新型提供一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置，其总体结构示意图如图1所示，包括隧道系统1、流淌系统2、变坡度系统(液压千斤顶301、数显水平尺302)、风机系统4、供油系统(蠕动泵5、电子天平6、U型不锈钢管7、沉淀头8、软管9、油桶10)，数据采集系统(设置在流淌系统一测的辐射仪12、设置在隧道顶棚的热电偶阵列13、摄像机14、数据采集仪15、笔记本电脑16)。

在本实用新型的一个较佳具体实施例中，隧道系统1的结构如图2所示，本实施里的隧道框架101采用不锈钢材料制作；隧道框架101的壁面采用白铁皮制作，实验时，为防止燃烧产生的高温影响隧道壁面的状态，在隧道壁面铺上一层厚度为3cm的防火棉；可视窗口102材料为防爆钢化玻璃，长2.2m，高1m，安装在隧道系统1一侧，用于观测燃烧时的火焰状态；隧道系统1一侧的开口103，用于进行点火作业；支撑脚104位于隧道系统1的四个角，高40cm，用于支撑起隧道系统1。

在本实用新型的一个较佳具体实施例中，流淌系统2的整体和局部结构如图3所示，主要由V型溢油槽201、流淌槽202和冷却水槽203组成，整个流淌系统1和隧道系统2焊接在一起。其中，V型溢油槽201在流淌槽202和冷却水槽203的前端，V型溢油槽201下方焊接了一根不锈钢管204，便于和软管9连接，使油自下而上的从V型溢油槽201流出；流淌槽202在V型溢油槽201后方，当燃料从溢油口流出时，直接进入流淌槽202开始流淌；冷却水槽204在流淌槽203的下方，冷却水槽203的两侧有一进水口205和出水口206，实验时，冷却水槽203内充满水。

在本实用新型的一个较佳具体实施例中，变坡度系统结构如图1所示，所述变坡度系统包括液压千斤顶301和数显水平尺302；其中，液压千斤顶301位于流淌系统2的底部，用来改变整个隧道系统1和流淌系统2的坡度；数显水平尺302固定在流淌系统1一侧，用来配合液压千斤顶301以实现改变坡度的目的，数显水平尺302的测量分辨率为0.1゜公差为±0.2゜。实验时，需用数显水平尺302进行水平校正。

在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，风机系统4的结构如图4所示，主要包括风管401、风机402和整流网403；其中，风管401采用白铁皮制作，焊接在隧道系统的一端，风管401另一端有一圆形接口，用于安装风机；风机402采用的是轴流风机，可调节不同的风速，风机孔直径为30cm；整流网403由细铁丝编制而成的网格栅，安装在风管的一端，可保证由风机产生的风，被均匀的输送到隧道中。

在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，供油系统结构如图1所示，包括智能型蠕动泵5、电子天平6、U型不锈钢管7、沉淀头8、软管9、油桶10；其中，智能型蠕动泵5可以调节流量范围为0.006～1600ml/min，转速范围为0.1～350min/rad；实验时，首先将油桶10放置在电子天平6上，然后将软管9穿入U型不锈钢管7内，接着将软管9的一端装在沉淀头8上，放入油桶中，再将软管9的另一端插装在V型溢油槽204下方的不锈钢管205上。

在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，数据采集系统如图1和图5所示，包括设置在流淌槽上的热电偶阵列11(如图5所示)、设置在流淌系统一测的辐射仪12、设置在隧道顶棚的热电偶阵列13、摄像机14、数据采集仪15和笔记本电脑16；其中，设置在流淌槽上的热电偶阵列11，通过一块总长3m的铝合金板进行连接，每相邻两根热电偶之间的距离为5cm，用于探测流淌火的最大蔓延距离；设置在流淌系统一测的辐射仪12，共两只，固定在隧道壁面上；设置在隧道顶棚的热电偶阵列13，每两根热电偶之间的距离是5cm，隧道顶棚热电偶阵列13到流淌槽的距离是90cm；设置在隧道的一端的摄像机14，用于观察隧道流淌火的实时燃烧情况；实验时，首先将设置在流淌槽上的热电偶阵列11，设置在隧道系统一测的辐射仪12和设置在隧道顶棚的热电偶阵列13依次与数据采集仪15连接，再将数据采集仪和笔记本电脑16连接。

为了更加详细的描述本实用新型，下面列举更加详尽的过程：

为研究不同风速条件和不同坡度条件下隧道流淌火蔓延距离和燃烧面积之间的关系，需要在本模拟装置内进行多组实验，具体实验方式如下：

首先将供油系统和数据采集系统连接好，然后依次调节需要的坡度，检查风机系统是否正常，并设定好需要的风速，最后清理流淌槽202。

打开智能型蠕动泵5，并设置好流量，打开笔记本电脑16和数据采集仪15，检查供油系统和数据采集系统状态是否正常。

打开摄像机14，启动智能型蠕动泵5，在燃料从V型溢油口溢出时，进行点火，同时启动风机402和动数据采集仪15，开始采集数据。

到达设定流量后，关闭智能型蠕动泵5，等待流淌火燃烧结束，关闭数据采集仪15，风机402和摄像机14，并清理实验现场。

Claims (7)

1.一种可调节坡度的中尺度隧道流淌火灾模拟装置，其特征在于该模拟装置包括隧道系统、流淌系统、变坡度系统、风机系统、供油系统和数据采集系统；

所述的隧道系统包括隧道框架、可视窗口、点火口和支撑脚，可视窗口和点火口位于隧道系统两侧；

所述的流淌系统包括V型溢油槽、流淌槽和冷却水槽，V型溢油槽位于流淌槽和冷却水槽前端，流淌槽位于冷却水槽的上方；

所述变坡度系统包括液压千斤顶和数显水平尺；

所述的风机系统包括风机、风管和整流网，风机系统整体安装在隧道的入口处，风机和整流网分别位于风管两端；

所述的供油系统包括智能型蠕动泵、电子天平、U型不锈钢管、沉淀头、软管和油桶；

所述的数据采集系统包括设置在流淌槽上的热电偶阵列、设置在隧道系统一侧的辐射仪、设置在隧道顶棚的热电偶阵列、设置在隧道一端的摄像机、数据采集仪和笔记本电脑。

2.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于，所述隧道系统包括隧道框架、可视窗口和点火口；其中，隧道框架采用不锈钢材料制作，长4m，宽1m，高1.2m，隧道框架的壁面采用白铁皮制作，实验时，为防止高温影响铁皮状态，在隧道内侧铁皮表面铺上一层厚度为3cm的防火棉；可视窗口材料为防爆钢化玻璃，长2.2m，高1m，安装在隧道一侧，用于观测燃烧时的火焰状态；点火口位于隧道一侧，长30cm，宽30cm，用于点火作业，实验时，点火口用锡箔纸封实；支撑脚位于隧道系统的四个角，高40cm，用于支撑起隧道系统。

3.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于，所述流淌系统包括V型溢油槽、流淌槽和冷却水槽，三种槽均采用不锈钢材料制作并焊接在一起，整个流淌系统和隧道系统焊接在一起；其中，V型溢油槽位于流淌槽和冷却水槽前端，上端宽度为1m，下端是一个圆形接口，焊接了一根不锈钢管，直径为1cm，便于和软管连接，使油自下而上的从V型溢油槽流出；流淌槽在V型溢油槽后方，长4m，宽1m，侧壁高2cm，当燃料从V型溢油槽流出时，直接进入流淌槽开始流淌；冷却水槽在流淌槽的下方，长4m，宽1m，侧壁高3cm，模拟隧道流淌火灾时，冷却水槽内充满流动的冷却水，其目的是为了防止流淌槽表面因高温而产生变形。

4.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于，所述变坡度系统包括液压千斤顶和数显水平尺；其中，液压千斤顶位于流淌系统的底部，用来改变整个隧道系统和流淌系统的坡度；数显水平尺固定在流淌系统一侧，用来配合液压千斤顶以实现改变坡度的目的，数显水平尺的测量分辨率为0.1゜公差为±0.2゜， 实验时，需用数显水平尺进行水平校正。

5.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于，所述风机系统包括风管、风机和整流网；其中，风管由厚度为1mm的白铁皮制作而成，呈喇叭状，总长1m，风管一端高1.2m，宽1m，焊接在隧道系统的一端，风管另一端高60cm，宽50cm，上有一直径为30cm的圆型风管接口，用于安装风机；风机采用轴流风机，可调节不同的风速，风机孔直径为30cm；整流网是由细铁丝编制而成的网格栅，安装在风管的一端，可保证由风机产生的风，被均匀的输送到隧道中。

6.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于，所述供油系统包括智能型蠕动泵、电子天平、U型不锈钢管、沉淀头、软管和油桶；其中，软管穿入U型不锈钢管中，目的是保证在实验结束时，软管内充满液体，防止发生回火使管内爆炸，软管的一端与智能型蠕动泵相连，端口与V型溢油槽下方的不锈钢管相连，为防止燃烧时高温的影响，端口处用锡箔纸覆盖；软管的另一端首先与沉淀头相连，再放入油桶内，目的是防止在实验中，软管脱离油桶，造成燃料泄漏，发生危险；油桶放置于电子天平上，便于时刻观察油桶内燃料的质量损失情况。

7.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于，所述数据采集系统包括设置在流淌槽上的热电偶阵列、设置在隧道系统一侧的辐射仪、设置在隧道顶棚的热电偶阵列、设置在隧道一端的摄像机、数据采集仪和笔记本电脑；其中，设置在流淌槽上的热电偶阵列，通过一块总长3m的铝合金板进行连接，每相邻两根热电偶之间的距离为5cm；设置在隧道系统一测的辐射仪，共两只，固定在隧道壁面上；设置在顶棚的热电偶阵列，每两根热电偶之间的距离是20cm，顶棚热电偶阵列到流淌槽的距离是90cm；设置在隧道一端的摄像机，用于观察隧道流淌火的实时燃烧情况。

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