申请/专利权人：中国科学技术大学

申请日：2018-04-09

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN108428383B

主分类号：G09B9/00

分类号：G09B9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2018.09.14#实质审查的生效;2018.08.21#公开

摘要：本发明提供一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，包括实验模拟隧道以及配套测控系统；本实验装置是专门对采用非直轴线射流风机通风排烟的地铁隧道发生火灾时烟气运动、火灾扑救等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地铁隧道烟气控制、非直轴线射流风机排烟效果、火源扑救系统模拟测试都有很大的应用价值。对采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾的烟气控制、扑救系统设计和测试评价具有广阔的应用前景和重要的实际指导意义。

主权项：1.一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于：所述的火灾实验模拟装置包括：实验模拟隧道、风机系统以及配套测控系统；所述实验模拟隧道，其为圆柱形；所述模拟隧道的长与横截面直径之比为16:1，模拟隧道两端均为开口；所述模拟隧道一端底部设置了火源发生装置；所述风机系统，包括设置在模拟隧道内部的可变角度的非直轴线射流风机，该风机可在隧道顶部中轴线位置任意调节位置，且风管与风机水平线夹角角度可在0~20度之间调节，风机竖向位置可任意进行调节；所述配套测控系统，包括风速测量系统、烟气温度测量系统、烟气流场显示系统、设置在模拟隧道一侧的外部供风风机、集烟系统，以及计算机控制系统；所述的风速测量系统包括布置于模拟隧道内部风机右侧的高温风速探头阵列及与其信号采集系统；所述的烟气温度测量系统包括设置在所述模拟隧道的内部风机右侧左右对称分布的热电偶束及其温度数据采集系统；所述的烟气流场显示系统包括布置于模拟隧道右侧开口的激光片光源及对烟气流长进行记录的摄像机；外部风机，其设置在所述模拟隧道一端外部，用于模拟隧道内的自然风速；所述的集烟系统，其设置在所述模拟隧道距离火源发生装置较远一端的外部，包括集烟罩和排烟风管；所述的计算机控制系统，用于对所采集的数据信息进行分析的控制集成模块；所述模拟隧道的隧道壁由耐高温的钢化玻璃制成；在所述模拟隧道的隧道内顶部中轴线上能够根据需要在任意位置布置非直轴线射流风机；所述非直轴线射流风机风管与水平轴线夹角可在0~20度之间进行调节，风机竖向位置可任意调节；所述火源可置于所述隧道内底部任一位置；该实验模拟装置在实际隧道的结构下做了必要的简化，主要将隧道横截面简化为圆形；所述火灾实验模拟装置还包括设置在所述模拟隧道底部、用于支撑所述模拟隧道的多个支撑架；开启隧道左侧外部风机和隧道内顶部中轴线上的非直轴线射流风机，燃料及火源布置在隧道实验台底部中轴线上，点燃燃料后，隧道内产生高温火灾烟气，烟气在非直轴线射流风机作用下从隧道右侧流出；实验中通过激光片光源可清楚的观察到烟气在隧道实验台内的流动状况并用摄像机清晰地进行记录；通过第一速度探头串、第二速度探头串、第三速度探头串、第四速度探头串记录隧道内烟气在非直轴线射流风机作用下的流动速度，通过第一温度探头串、第二温度探头串、第三温度探头串、第四温度探头串记录隧道内高温烟气的温度场；通过隧道右侧出口处标尺记录烟气层高度。

全文数据：一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置技术领域[0001]本发明属于火灾安全实验设备技术领域，具体涉及一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，用于对采用非直轴线射流风机排烟的地铁隧道火灾时烟气的流动情况和烟气控制系统进行模拟测试。背景技术[0002]随着社会经济的不断发展，轨道交通方式以快速、大运量、污染小、效率高等特点，成为城市交通结构中不可缺少的组成部分。地铁作为城市轨道交通的一个主要方式，成为解决大城市、特大城市交通矛盾的有力工具，有效的满足了城市化的交通需要。但从世界上第一条地铁开通以来，地铁火灾就时有发生，有些甚至造成重大的人员伤亡。地铁属于人员密集的地下建筑，一旦发生火灾，烟气很快在整个地下空间中蔓延开来，同时由于地下空间的受限性，浓烟和热量不容易排出，给人员疏散及消防救援带来不便。因此为了保障火灾时的人员安全，考虑在地铁隧道内设置更为有效的排烟系统。[0003]目前，地铁隧道主要采用直线式射流风机进行纵向机械排烟。隧道内直线式射流风机大多安装在顶部，所以在通风的情况下，风流会不可避免地与上壁面形成摩擦，造成推力损耗，而非直轴线射流风机就可以大大减少这种损耗，将推力集中在隧道中间，使得隧道中风量分布更加均匀，控烟及排烟效率更高。[0004]前人的研究多是采用数值模拟的方法研究非直轴线射流风机的通风情况，对于隧道内出现火灾时非直轴线射流风机的排烟效果鲜有研宄。Seung-ChulLee等人利用CFD模拟隧道中非直轴线射流风机在风管呈现不同角度时的通风情况，研宄结果表明风机风管最佳角度为6度。TebrChammem等人利用CFD模拟在隧道两侧壁面安置非直轴线射流风机，风机在不同角度情况下对隧道内流场的影响，初步结果得到风管的最佳角度为与壁面呈10度。V.Betta等人同样利用CFD模拟公路隧道内在没有车辆和交通拥挤两种情况下发生火灾时，不同角度的非直轴线射流风机对隧道内温度场、流场的影响。[0005]然而，由于地铁区间隧道空间的特殊性，使得以往的试验数据和数值模拟的结果不能充分揭示并用于分析非直轴线射流风机机械排烟的效果，更重要的是，全尺寸火灾实验需要调动大量的人力物力、经济耗费大、条件难以控制、影响地铁隧道运营，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，揭示非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾的烟气流动规律，是一种更好的选择。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。发明内容[0006]本发明的目的是提供一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，能够在实验室尺度下模拟地铁隧道火灾燃烧情况，研宄采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾时的烟气流动规律，发展合适的烟气控制系统。[0007]本发明采取以下技术方案：[0008]一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，所述的火灾实验模拟装置包括:实验模拟隧道、风机系统以及配套测控系统；[0009]所述实验模拟隧道，其为圆柱形;所述模拟隧道的长与横截面直径之比为16:1，模拟隧道两端均为开口；所述模拟隧道一端底部设置了火源发生装置；[0010]所述风机系统，包括设置在模拟隧道内部的可变角度的非直轴线射流风机，该风机可在隧道顶部中轴线位置任意调节位置，且风管与风机水平线夹角角度可在0〜20度之间调节，风机竖向位置可任意进行调节；[0011]所述配套测控系统，包括风速测量系统、烟气温度测量系统、烟气流场显示系统、设置在模拟隧道一侧的外部供风风机、集烟系统，以及计算机控制系统;所述的风速测量系统包括布置于模拟隧道内部风机右侧的高温风速探头阵列及与其信号采集系统;所述的烟气温度测量系统包括设置在所述模拟隧道的内部风机右侧左右对称分布的热电偶束及其温度数据采集系统;所述的烟气流场显示系统包括布置于模拟隧道右侧开口的激光片光源及对烟气流场进行记录的摄像机;所述的外部风机，其设置在所述模拟隧道一端外部，用于模拟隧道内的自然风速;所述的集烟系统，其设置在所述模拟隧道距离火源发生装置较远一端的外部，包括集烟罩和排烟风管;所述的计算机控制系统，用于对所采集的数据信息进行分析的控制集成模块。[0012]其中，所述模拟隧道的隧道壁由耐高温的钢化玻璃制成。[0013]其中，在所述模拟隧道的隧道内顶部中轴线上能够根据需要在任意位置布置非直轴线射流风机。[0014]其中，所述非直轴线射流风机风管与水平轴线夹角可在0〜20度之间进行调节，风机竖向位置可任意调节。[0015]其中，所述火源可置于所述隧道内底部任一位置。[0016]其中，该实验模拟装置在实际隧道的结构下做了必要的简化，主要将隧道横截面简化为圆形。[0017]其中，所述火灾实验模拟装置还包括设置在所述模拟隧道底部、用于支撑所述模拟隧道的多个支撑架。[0018]本发明的优点和积极效果为：[0019]1在安全性和环境友好性方面，采用乙醇池火作为火源，燃烧充分完全，产物清洁；同时，利用烟雾发生器产生的烟雾模拟火灾烟气，环境友好，无污染，对人体无不良刺激；[0020]2在烟气运动模拟实验效果方面，实验台可以完整模拟真实隧道内烟气的蔓延和烟气在非直轴线射流风机作用下的流动状态，并能通过钢化玻璃清晰地监测到实验过程和现象；[0021]3在实验测量系统方面，先进完备的风速测量系统、烟气温度测量系统、烟气流场显示系统、以及计算机控制系统，可以对烟气流动参数和控烟效果进行全方位的观测和研宄；[0022]4在实验成本方面，本小尺寸实验台相比大尺寸的实验台耗费少，可重复性强，操作方便同时与计算机模拟方法相比准确性高。附图说明[0023]图1为本发明所述采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置一种实施例的整体结构示意图；[0024]图2为本发明所述采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置一种实施例的A-A剖面示意图；[0025]图3为本发明所述采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置一种实施例的B-B剖面示意图；[0026]图中标号：1-实验台主体;2_非直轴线射流风机;3-燃料及火源;4-支撑架;5-第一速度探头串；6-第二速度探头串；7-第三速度探头串;8-第四速度探头串；9-第一温度探头串；10-第二温度探头串；11_第三温度探头串；12-第四温度探头串；I3-激光片光源;14-摄像机；15-标尺;16-外部风机;17-集烟罩;I8-排烟管。具体实施方式[0027]下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。[0028]参见图1-3,采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置的实验台主体1包括由钢化玻璃制成的圆柱形中空隧道，隧道内顶部中轴线上设置非直轴线射流风机2,隧道内设燃料及火源3,隧道下方设置支撑架4,隧道左侧布置外部风机16,隧道右侧开口处布置集烟装置，包括集烟罩17、排烟管18。实验台主体长8m，隧道截面直径〇.5m。[0029]参见图2_3,在隧道内部风机右侧两个不同位置处对称布置第一速度探头串5、第二速度探头串6和第三速度探头串7、第四速度探头串8。在隧道内部风机右侧两个不同位置处对称布置第一温度探头串9、第二温度探头串10和第三温度探头串11、第四温度探头串12。激光片光源13用来显示烟气流场，摄像机14记录实验过程和现象。燃料及火源3布置在隧道底部中轴线上。[0030]参见图3,在隧道右侧出口处设置标尺15,可以清晰地显示烟气层的高度。[0031]参见图1-2,开启隧道左侧外部风机I6和隧道内顶部中轴线上的非直轴线射流风机2,燃料及火源3布置在隧道实验台底部中轴线上，点燃燃料后，隧道内产生高温火灾烟气，烟气在非直轴线射流风机作用下从隧道右侧流出。实验中通过激光片光源15可清楚的观察到烟气在隧道实验台内的流动状况并用摄像机14清晰地进行记录。通过第一速度探头串5、弟一速度抹头串6、第二速度探头串7、第四速度探头串s记录隧道内烟气在非直轴线射流风机作用下的流动速度，通过第一温度探头串9、第二温度探头串10、第三温度探头串1K第四温度探头串12记录隧道内高温烟气的温度场。通过隧道右侧出口处标尺15记录烟气层高度。[0032]本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

权利要求：1.一种采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于：所述的火灾实验模拟装置包括:实验模拟隧道、风机系统以及配套测控系统；所述实验模拟隧道，其为圆柱形;所述模拟隧道的长与横截面直径之比为16:1，模拟隧道两端均为开口；所述模拟隧道一端底部设置了火源发生装置；所述风机系统，包括设置在模拟隧道内部的可变角度的非直轴线射流风机，该风机可在隧道顶部中轴线位置任意调节位置，且风管与风机水平线夹角角度可在〇〜20度之间调节，风机竖向位置可任意进行调节；所述配套测控系统，包括风速测量系统、烟气温度测量系统、烟气流场显示系统、设置在模拟隧道一侧的外部供风风机、集烟系统，以及计算机控制系统;所述的风速测量系统包括布置于模拟隧道内部风机右侧的高温风速探头阵列及与其信号采集系统;所述的烟气温度测量系统包括设置在所述模拟隧道的内部风机右侧左右对称分布的热电偶束及其温度数据采集系统;所述的烟气流场显示系统包括布置于模拟隧道右侧开口的激光片光源及对烟气流长进行记录的摄像机;所述的外部风机，其设置在所述模拟隧道一端外部，用于模拟隧道内的自然风速;所述的集烟系统，其设置在所述模拟隧道距离火源发生装置较远一端的外部，包括集烟罩和排烟风管;所述的计算机控制系统，用于对所采集的数据信息进行分析的控制集成模块。2.根据权利要求1所述的采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于:所述模拟隧道的隧道壁由耐高温的钢化玻璃制成。3.根据权利要求1所述的采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于:在所述模拟隧道的隧道内顶部中轴线上能够根据需要在任意位置布置非直轴线射流风机。4.根据权利要求1所述的采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于:所述非直轴线射流风机风管与水平轴线夹角可在0〜20度之间进行调节，风机竖向位置可任意调节。5.根据权利要求1所述的采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于:所述火源可置于所述隧道内底部任一位置。6.根据权利要求1所述的采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于:该实验模拟装置在实际隧道的结构下做了必要的简化，主要将隧道横截面简化为圆形。7.根据权利要求1所述的采用非直轴线射流风机机械排烟的地铁隧道火灾实验模拟装置，其特征在于:所述火灾实验模拟装置还包括设置在所述模拟隧道底部、用于支撑所述模拟隧道的多个支撑架。

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