一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台制造技术

本发明专利技术提供了一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台，包括模拟地下交通转换通道的模型主体，与模型主体对接并产生烟气的燃烧器，以及烟气成像系统；所述烟气成像系统包括激光片光源和记录烟气分布图像的图像记录设备；所述激光片光源为布置在所述模型主体内的多个，所述激光片光源发射的平面激光与所述烟气的流动方向平行；所述图像记录设备为与所述激光片光源一一对应的多个，布置在所述模型主体观测窗外；相对应的一对激光片光源和图像记录设备，各自带有滤出相同波长的激光的滤光片。本地下交通转换通道火灾模拟实验平台可以方便对烟气的横向蔓延特征做研究，特别适用于模拟地下交通转换通道的火灾。

【技术实现步骤摘要】
一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台
本专利技术涉及火灾实验
，特别是涉及一种对地下交通转换通道的火灾烟气扩散特性进行模拟实验的装置。
技术介绍
随着我国城市化进程加快，人口超饱和，通行压力越来越大，交通拥堵已成为众多城市面临的突出问题。开发利用地下空间是缓解交通压力、节约土地资源的重要举措，地下交通转换通道作为连接城市立体交通网络的重要枢纽，正逐渐得到推广应用。由于地下空间结构的封闭性，发生火灾时，排烟与散热条件差、温度高，有毒烟气将迅速累积，严重影响人员疏散和救援，极易造成群死群伤，产生恶劣的社会影响，甚至引发公众对地下空间安全性的质疑。因此，设计合理的地下空间通风排烟系统、确定合理的防排烟系统运行策略对于防灾减灾具有重大意义。地下交通转换通道通常由敞开段连接多条联络通道组成，相比于常规隧道或地下车库等构筑物，其内烟气扩散情况更为复杂，防排烟难度也相应升高，具体体现在：1)由于结构连通，两向通风气流互相影响，敞开段内流场结构难以确定；2)风机数量多，分布、开启组合方式多。3)火灾场景更为多样。现有的国内外相关规范仅采用一维假定，针对常规隧道的防排烟系统进行了条文规定，而对于地下交通转换通道，尚无针对性条文要求，这使得设计方仅能依照现行《公路隧道通风设计细则》(JTG/TD70/2-02-2014)计算地下交通转换通道发生火灾时的需风量与临界风速，由于地下交通转换通道结构的特殊性，现行规范中条款的适用性目前仍存在疑问。因此，亟需针对地下交通转换通道内烟气运动特性展开研究，为类似工程的消防安全设计提供参照。根据相似准则搭建比尺模型，通过观察比尺模型内烟气运动轨迹，对实际火灾条件下烟气运动进行情况反演是研究地下空间结构火灾烟气蔓延规律的常用方法，中国科技大学、北京工业大学等单位分别根据城市隧道、地铁隧道、地铁站台等典型火灾场景特点提出了对应的比尺模型试验方法。但是，由于结构的特殊性，已有专利中所采用的方法无法直接应用于地下交通转换通道的火灾试验中。例如，申请号为201610814674.4的中国专利技术专利中仅使用单个片光源对烟气结构进行观测与记录。而在地下交通转换通道内，由于断面具有显著的宽浅特征，除纵向外，烟气还将具有显著的横向蔓延特征，单个切片烟气运动轨迹无法代表其内烟气扩散特性，而如果简单的将多个片光源组合，各个切片图像之间又会互相遮挡影响，无法直接记录与观测。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台，可以方便对烟气的横向蔓延特征做研究，特别适用于模拟地下交通转换通道的火灾。一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台，包括模拟地下交通转换通道的模型主体，与模型主体对接并产生烟气的燃烧器，以及烟气成像系统；所述烟气成像系统包括激光片光源和记录烟气分布图像的图像记录设备；所述激光片光源为布置在所述模型主体内的多个，所述激光片光源发射的平面激光与所述烟气的流动方向平行；所述图像记录设备为与所述激光片光源一一对应的多个，布置在所述模型主体观测窗外；相对应的一对激光片光源和图像记录设备，各自带有滤出相同波长的激光的滤光片。地下交通转换通道是指为实现交通立体化，满足地下路网与车库的通行需求，而在特定区段内将多条联络通道与车库进出口联通所形成的宽浅地下空间。火灾场景下，地下交通转换通道内烟气的运动可概括为两个方向：一是沿地下交通转换通道的长度方向流动，即空气入口到空气出口的流动，这是烟气运动的主要方向，也是上述的烟气的流动方向；二是沿断面的扩散，由于地下交通转换通道断面的宽浅特征，沿断面的扩散运动也不容忽视。激光片光源自身为现有技术，通过以上多个激光片光源的布置可以避免激光片光源所发射的激光之间的相互影响，从而使每个所述的图像记录设备得到清晰的图像。一个激光片光源和一个图像记录设备为一个组合，可以得到一个烟气轮廓的切片图像，该切片与所述烟气的流动方向平行；一组相互平行的切片可以反映出烟气沿横向(垂直于所述烟气的流动方向)或纵向(垂直于所述烟气的流动方向)的扩散特性。可选的，所述模型主体为空腔结构，所述模型主体的尺寸为实际地下工程的1/9～1/6。几何相似是运动相似的前提，同时还需考虑动力相似，即比尺试验模型应同步满足浮力相似、阻力相似。当主体结构与实际工程的几何相似比尺过小时，试验结果受环境因素及设备精度影响较大，例如当试验平台几何相似比尺λL<1/15时，根据佛罗德相似准侧，可得速度比尺λu＝λL0.5<0.258，一方面，为满足试验测量需求，则仪器测量精度应不小于0.1·λu≈0.025m/s；另一方面，为避免环境影响，还应要求实验室内环境扰动风速不大于该数值。显然，这对于实验条件要求过于严格，不便于实施。此外，为同步实现阻力相似，腔体内气流应处于湍流充分发展区，此时腔体内雷诺数应＞2.3×104。当λL<1/10时，为使得模型腔体内流动满足湍流充分发展条件，其流速此时模型模拟的实际工程流速≥3.5m/s。考虑到实际工程中空气流速通常在1.5m/s～3.5m/s范围内，可见，当λL过小时，比尺模型的实际适用性将大幅降低。根据实测数据，当几何相似比尺不小于1/9时，即可使得测试系统具有较高的鲁棒性，同时，该几何比尺下，常用隧道通风速度条件下，试验模型平台内气流便可处于自模区状态，满足阻力相似条件。此外，若几何相似比尺大于1/6，则比尺模型中火源功率过高，将增加试验危险性，例如当几何相似比尺为1/5时，模拟5MW火情所需的比尺火源功率为90kW，在实验室内难以控制如此高功率的火源，极易导致实验事故。因此，本专利技术中，地下交通转换通道试验模型与实际工程的几何相似比尺宜控制在1/9～1/6之间。可选的，所述模型主体包括供新风和烟气流动的风道和围成风道的模型壁，所述模型壁上设有多个空气接口。可选的，所述地下交通转换通道火灾模拟实验平台还包括接入所述模型主体的通风排烟系统；所述通风排烟系统包括多套依次连接的变频风机、引流管道和射流喷嘴；变频风机产生的新风经引流管道从射流喷嘴流出，新风经所述射流喷嘴接入所述气体接口。通过所述射流喷嘴可以模拟隧道通风系统中的射流升压效应，通过调整所述变频风机的工作频率实现风速的调节。通过以上设置，可以对不同通风方案工况下火灾烟气运动的三维特性进行观测记录。可选的，所述模型主体包括敞开段单元，敞开段单元的两端通过波纹软管连接有联络通道单元，所述联络通道单元上连接有调节联络通道单元的坡度的千斤顶。通过改变千斤顶可以调节联络通道单元的坡度，通过以上设置，可以对不同联络道坡度下火灾烟气运动的三维特性进行观测记录。可选的，所述联络通道单元的侧壁设有第一预留口。通过第一预留口可以接入模拟地下车库的分叉道，也可嵌入防火玻璃作为观测窗口。可选的，所述敞开段单元的侧壁设有第二预留口。通过第二预留口可以接入现有技术的风速传感器、压力传感器和温度传感器。可选的，所述敞开段单元和所述联络通道单元的底部设有第三预留口，通过第三预留口接入所述的燃烧器。通过以上设置，可以对不同火源位置下火灾烟气运动的三维特性进行观测记录。可选的，所述地下交通转换通道火灾模拟实验平台还包括接入所述燃烧器的燃料供应模块和空气供应模块。可选的，所述空气供应模块包括依次连接在空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台，包括模拟地下交通转换通道的模型主体，与模型主体对接并产生烟气的燃烧器，以及烟气成像系统；所述烟气成像系统包括激光片光源和记录烟气分布图像的图像记录设备；其特征在于：所述激光片光源为布置在所述模型主体内的多个，所述激光片光源发射的平面激光与所述烟气的流动方向平行；所述图像记录设备为与所述激光片光源一一对应的多个，布置在所述模型主体观测窗外；相对应的一对激光片光源和图像记录设备，各自带有滤出相同波长的激光的滤光片。

【技术特征摘要】
1.一种地下交通转换通道火灾模拟实验平台，包括模拟地下交通转换通道的模型主体，与模型主体对接并产生烟气的燃烧器，以及烟气成像系统；所述烟气成像系统包括激光片光源和记录烟气分布图像的图像记录设备；其特征在于：所述激光片光源为布置在所述模型主体内的多个，所述激光片光源发射的平面激光与所述烟气的流动方向平行；所述图像记录设备为与所述激光片光源一一对应的多个，布置在所述模型主体观测窗外；相对应的一对激光片光源和图像记录设备，各自带有滤出相同波长的激光的滤光片。2.如权利要求1所述的地下交通转换通道火灾模拟实验平台，其特征在于：所述模型主体为空腔结构，所述模型主体的尺寸为实际地下工程的1/9～1/6。3.如权利要求1所述的地下交通转换通道火灾模拟实验平台，其特征在于：所述燃烧器为垂直布置的空腔结构，从下到上依次包括混合室和整流室；所述混合室的下部设有燃气进气口和空气进气口，燃气和空气混合后形成的气体为混合气体；所述整流室的上部设有接入所述模型主体的空腔内部的出气口。4.如权利要求3所述的地下交通转换通道火灾模拟实验平台，其特征在于：所述混合室的空腔内设有并列布置且形状相同的上、下两层环形管道，所述环形管道为矩形截面绕圆周旋转形成的环形空腔结构，包括同心的内侧壁和外侧壁；两环形管道的外侧壁分别与所述燃气进气口和空气进气口对接，两环形管道的内侧壁均设有多个出气微孔。5.如权利要求4所述的地下交通转换通道火灾模拟实验平台，其特征在于：所述混合室的横截面为正方形，且所述环形管道的外侧壁与所述混合室的内壁相切，所述正方形的边长w1与所述混合气体的流量Q满足以下关系式：式中，w1的单位为m，Q的单位为m3/h。6.如权利要求5所述的地下交通转换通道火灾模拟实验平台，其特征在于：所述环形管道的内径R2和外径R1满足以下关系式：0.6R1≤R2≤0.8R1；所述混合室的高度h1与所述环形管道的内径R2满足以下关系式：h1≥8R2；所述上、下两层环...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴珂，张天航，殷铭简，侯云鸽，吴凯杰，罗淳厚，郭淇萌，张勋，严晓龙，黄亚东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33