多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多车道公路隧道横向火灾位置可变的实验平台系统,包括用于模拟多车道公路隧道任意横向位置火灾的公路隧道模拟平台和测试系统，模拟火源可沿轨道横向移动并固定，测试系统包括燃料质量损失、隧道内温度场、风速测试系统和实验过程图像。本发明专利技术可模拟多车道公路隧道任意横向位置发生的火灾，平台断面形态、燃料类型、火灾规模、外包层隔温层、以及火源距隧道底板高度等均以实际隧道情况按照相关理论予以设置，确保可信度、准确性，避免全尺寸火灾实验的缺陷。本发明专利技术还实现了实时火灾过程全数据记录，对于公路隧道乃至铁路隧道的运营及防灾救援疏散的发展及完善具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统
本专利技术属于结构工程建设模拟研究
，尤其属于交通隧道工程火灾安全研究
，特别涉及多车道公路隧道模拟不同位置火灾的实验平台系统。
技术介绍
公路隧道作为公路或道路交通系统的关键部分，由于在克服障碍物、改善线型、缩短行车距离、保护环境等方面具有显著优点，故在公路建设中被大量采用，据统计，截至2016年底中国公路隧道总数15181处，总长14039.7km，且仍处于不断增长的趋势，巨大的数量和长度，意味着势必加强注重其安全性。对于隧道而言火灾作为危害性最大的灾害，其一旦发生造成的损失是不可估量的，而对于公路隧道而言其不同于铁路隧道和其他的地下通道，其一般断面宽度比较大，包含多个车道，其断面内火灾发生的横向位置是不确定且多种多样的，如图1--图3所示，其有可能因为不同车道车辆相撞而在隧道中部位置发生火灾，有可能是由于车辆自燃或者追尾而在车道中心位置处发生火灾，也有可能是因为车辆撞到隧道侧壁而在隧道贴近侧壁处发生火灾等等，对于隧道而言由于其狭长近闭的独特结构特性，其内的火灾是一个十分复杂而且敏感的过程，火源位于不同横向位置处时其火焰羽流必然会因横向位置不同而受限程度不同，相对而言其对于新鲜空气的卷吸也会相应的发生变化且当火源位置不在隧道中心时必将带来不对称性差异，等等一切势必造成形成的基本火灾场景必定会发生巨大变化。针对公路隧道火灾目前国内外开展了不少相关研究，中科大胡隆华、纪杰和霍然等基于现场实测、数值计算等方法对公路隧道火灾进行了深入研究，针对不同纵向风速、燃料类型、火灾规模等因子展开研究，并以此提出了火灾烟气临界风速计算方法，西南交大王峰、王明年和杨其新等人以秦岭终南山特长公路隧道和双螺旋曲线公路隧道等特点鲜明的公路隧道为依托，对隧道内火灾烟气分布特性进行了大量的试验和数值计算研究，获得了特长公路隧道及小半径曲线隧道火灾温度分布、烟流动态流动特性等火灾场景参数，同济大学闫治国、朱合华等人对城市公路隧道火灾烟气温度分布并以此探讨了越江隧道火灾安全控制和人员疏散的相关方法措施，韩国的Gwon等人和哥伦比亚大学的KaiKang分别分析了隧道坡度和隧道断面宽度、断面宽高比等因子对隧道内部火灾烟流控制的影响，瑞典Ingason等人则对载有不同货物大型货车、不同断面形式及火灾规模的动态变化规律进行了研究，提出了火灾规模指数模型等。可见目前对于公路隧道火灾的研究主要集中在不同燃料、不同坡度、不同隧道断面形态、不同隧道结构形式等影响下的火灾场景的基本变化及烟流控制研究，而对于断面不同位置横向位置火灾，西南交大王峰、中科大纪杰、唐飞等展开了一定的数值模型研究，而实验模拟研究较少，仅中科大针对其展开了一定的实验研究，但其具有三大典型缺陷，其一是其采用矩形断面代替拱形隧道断面，忽略了隧道拱形对于火焰羽流得限制作用，其二是其采用甲醇和丙烷作为可燃物，采用熏香作为烟气示踪剂并共同代替公路隧道火灾主要可燃物汽油和柴油，无论是从烟尘成分、烟气层厚度、火灾场景还原方面均于实际隧道火灾情形失真，其三是其主采用小规模火灾实验，过小的火灾规模其火焰羽流高度一般较低，其实际隧道大规模火灾火焰羽流形态差异明显，故总的来说，目前对于多车道公路横向火灾的研究对于实际隧道火灾大部分集中于数值模拟，实验研究较少，且仅有的实验研究平台系统存在较大的不足及失真，有必要针对多车道公路隧道火灾平台实验模拟系统进行创新设计及对公路隧道火灾展开深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，能模拟出多车道公路隧道断面任意横向位置火灾的基本火灾场景，并以此研究不同横向位置发生火灾时隧道内部温度场分布、火焰羽流、火源燃烧效率的变化规律。本专利技术提供了一种多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，本专利技术通过以下技术方案实现：多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，包括公路隧道模拟平台和测试系统，其特征在于：公路隧道模拟平台用于模拟多车道公路隧道不同横向位置火灾，测试系统用于获得隧道内部火灾热释放速率、断面及纵向温度场分布、火源火焰羽流形态；所述公路隧道模拟平台，由隧道模型结构和结构支撑台架构成；其中，隧道模型长度为8.5m，断面与公路隧道横断面相同，由薄钢板搭建，模型外部轴向表面包覆隔热层，一侧壁设置为防火钢化透明玻璃，结构支撑台架采用结构钢构建，支撑台架支撑隧道模型悬空；隧道模型中部设置有横向滑移轨道，模拟火源可沿轨道移动并固定；所述测试系统包括：燃料质量损失测试系统，隧道内温度场测试系统，风速测试系统和实验过程图像记录系统。所述质量损失测量测试系统设置于隧道模型中部，可沿横向滑移轨道移动，包括电子天平、天平托架、承重支架及与天平相连接的数据采集装置，模拟火源放置于天平上；温度场测试系统包括设置于隧道模型中心火源所处位置断面的热电偶树群、沿隧道模型纵向并位于隧道拱顶布置的热电偶树群和连接的数据采集装置；风速测试系统包括布置于隧道模型火源上游的2套风速记录仪；图像测量系统包括设置于隧道模型一端外的图像采集摄相机和隧道模型一侧外的用于照明的灯。所述横向滑移轨道是在隧道底板上沿断面横向设置的两条槽，承重支架携带模拟火源、电子天平、天平托架在槽内横向任意移动。其可移动范围为两侧壁间的任意位置，可对公路隧道不同车道或车道上不同位置发生的火灾进行模拟，同时滑移槽上设置有相应的刻度，可精准定位具体位置，在实验过程中滑移槽中除了承重托架所在位置处的其他缝隙均可封闭，以防止底部卷吸影响燃烧。所述模拟火源是灌装燃料的方形油池，燃料是公路隧道火灾车辆用燃料汽油或/和柴油。所述的模拟隧道与实际公路隧道的断面尺寸比例是1：16。所述隔热层是保温隔热材料硅酸铝针刺毛毡构成的厚度为30mm的包覆层。并用螺母锚固模型隧道的薄钢板上，用于模拟实际隧道外部衬砌的隔热效果。所述的温度测试系统中热电偶以立体点阵布置，沿模拟隧道纵向设置6排，以模拟火源断面设置第一排，依次间隔50cm、100cm、150cm、250cm、350cm设置其他5排；每排竖直由隧道顶部向下设置5列，中心一列位于隧道断面中线，两侧各一列均距离隧道侧壁2cm，另两列位于相邻列中间；其余各排由隧道顶部向下设置1列，且均设置于隧道断面中线处；每列布置5个热电偶，顶部热电偶距离模拟隧道顶拱2cm，相邻热电偶之间间距6cm。所述两套风速记录仪布置于距离模拟隧道火源断面1.5m、模拟隧道断面竖直中心线位置处，并分别与模型隧道底板的距离为0.1m、0.2m。所述承重支架的总高度为15cm。所述的热电偶量程按火源断面考虑不损坏和精度问题按照在确保热电偶不损坏的基本条件下，随火源断面按照远离火源距离的增大而逐渐减小的原则，在火源断面第一排5列热电偶的量程均为0℃～1200，间隔50cm及100cm处两列热电偶的量程为0℃～800℃，间隔150cm、250cm及350cm处3列热电偶的量程为0℃～600℃。数据采集装置可实时记录整个实验过程中质量变化，测试频率为1HZ。本专利技术多车道公路隧道实验火灾平台分为上部隧道模型及上部结构支撑台架两部分，其中上部隧道模型总长度为8.5m，模型断面是根据实际单向双车道公路隧道按一定相似本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，其特征在于：公路隧道模拟平台用于模拟多车道公路隧道任意横向位置火灾，测试系统用于获得隧道内部火灾热释放速率、断面及纵向温度场分布、火源火焰羽流形态；所述公路隧道模拟平台，由隧道模型结构和结构支撑台架构成；其中，隧道模型长度为8.5m，断面与公路隧道横断面相同，由薄钢板搭建，模型外部轴向表面包覆隔热层，一侧壁设置为防火钢化透明玻璃，结构支撑台架采用结构钢构建，支撑台架支撑隧道模型悬空；隧道模型中部设置有横向滑移轨道，模拟火源可沿轨道移动并固定；所述测试系统包括：燃料质量损失测试系统，隧道内温度场测试系统，风速测试系统和实验过程图像记录系统。

【技术特征摘要】
1.多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，其特征在于：公路隧道模拟平台用于模拟多车道公路隧道任意横向位置火灾，测试系统用于获得隧道内部火灾热释放速率、断面及纵向温度场分布、火源火焰羽流形态；所述公路隧道模拟平台，由隧道模型结构和结构支撑台架构成；其中，隧道模型长度为8.5m，断面与公路隧道横断面相同，由薄钢板搭建，模型外部轴向表面包覆隔热层，一侧壁设置为防火钢化透明玻璃，结构支撑台架采用结构钢构建，支撑台架支撑隧道模型悬空；隧道模型中部设置有横向滑移轨道，模拟火源可沿轨道移动并固定；所述测试系统包括：燃料质量损失测试系统，隧道内温度场测试系统，风速测试系统和实验过程图像记录系统。2.根据权利要求1所述的多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，其特征在于：所述质量损失测量测试系统设置于隧道模型中部，可沿横向滑移轨道移动，包括电子天平、天平托架、承重支架及与天平相连接的数据采集装置，模拟火源放置于天平上；温度场测试系统包括设置于隧道模型中心火源所处位置断面的热电偶树群、沿隧道模型纵向并位于隧道拱顶布置的热电偶树群和连接的数据采集装置；风速测试系统包括布置于隧道模型火源上游的2套风速记录仪；图像测量系统包括设置于隧道模型一端外的图像采集摄相机和隧道模型一侧外的用于照明的灯。3.根据权利要求2所述的多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，其特征在于：所述横向滑移轨道是在隧道底板上沿断面横向设置的两条槽，承重支架携带模拟火源、电子天平、天平托架在槽内横向任意移动。4.根据权利要求2所述的多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，其特征在于：所述模拟火源是灌装燃料的方形油池，燃料是公路隧道火灾车辆用燃料汽油或/和柴油。5.根据权利要求2所述的多车道公路隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，王宇，罗飞宇，曾艳华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51