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一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置制造方法及图纸

技术编号:26422074 阅读:11 留言:0更新日期:2020-11-20 14:18
本发明专利技术涉及一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置,属于火灾安全技术领域,包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统;所述实验台主体,包括有活动连接于支架上的隧道模型;所述峡谷风系统,包括活动连接于支架上的风机与整流箱,所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通;所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段。本发明专利技术结构简单,造价低廉,弥补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峡谷风对高海拔地区连桥隧道通风及隧道火灾影响都有很大的应用价值和重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置
本专利技术涉及火灾安全
,尤其是涉及一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置。
技术介绍
我国地形复杂,多山地丘陵的地形,且随着国家长江经济带和中国西部大开发战略的深入实施,经济飞速发展,我国山区的隧道量也越来越多。由于山区地形特殊,有着许多起伏的山脉和深切的峡谷,导致山区的隧道不可避免地穿过峡谷地区。当气流从空旷区域吹向峡谷时,由于通过面积变小,它将被加速变成强烈的峡谷风。由于空气不能大量积聚,当其吹入隧道后,峡谷风将在隧道内部引起复杂的三维流场,这将对隧道内的空气流场结构及隧道火灾特征产生影响。近年来,国内外一些研究人员对隧道、地铁等狭长空间火灾进行了大量的科学研究,在隧道火灾中的烟气流动规律以及火焰行为等方面均展开了研究,并取得了丰富的研究成果。同时也衍生出许多的隧道火灾模拟实验装置,这些装置主要由隧道主体、纵向风系统及其有关测控系统三部分组成。其中,隧道主体的主要特征有:隧道主体由隧道模型和支架组成,隧道主体的隧道模型横断面大多为矩形断面,隧道主体的支架底部带有滑轮,隧道模型布置于支架上,且隧道坡度可调节;隧道坡度的调节通过液压支杆来实现,需要配备液压装置,使得装置造价较高。此外,在前人的隧道火灾研究中,池火是在隧道火灾实验中较为常用的一种模拟火源,其中燃烧速率和火焰行为是表征液池着火特性的基本参数,对于评估火灾风险具有重要价值。当池火自由燃烧时,火焰受热羽流和周围空气之间的密度差引起的浮力控制,火羽垂直上升。但是,当池火位于隧道内,且隧道内有风存在时,液池着火的特性(火焰高度、倾角及燃烧速率等)会变得复杂化。前人对有风作用的隧道火灾也进行了许多研究,但均侧重于隧道纵向风作用下的隧道火灾研究,如:LamandWeckman使用直径为2.0m的Jet-A池火,纵向风速度为3-10m/s,研究了燃烧速率和火焰几何特征;Zhu等研究了不同纵向倾斜风下池火的燃烧率,火焰倾斜角和火焰长度。需要注意的是,在前人的纵向风作用下隧道火灾发展规律的研究中,考虑的风速大多低于5m/s,这是低海拔和非峡谷隧道中常见的风速范围。然而,在山区,峡谷风与纵向风有着很大的不同:峡谷风主要是强风,风速较高,有时甚至超过30m/s,且峡谷风的风向大多与隧道纵向成一定夹角。此外,峡谷地区隧道不同于一般的低海拔和非峡谷隧道,峡谷地区隧道大多与桥梁相连接,在研究峡谷风作用下的隧道火灾时,不仅要考虑峡谷风自身的风向和风速对隧道通风的影响,还要考虑与隧道相连的桥梁和山体坡面对隧道通风的影响。所以不管是在理论上还是在实践上,都有必要设计一个考虑峡谷风作用的坡度可调式连桥隧道通风及连桥隧道火灾模拟实验装置,研究峡谷风对连接有桥梁的隧道的内流场特性和火灾特性,通过实验,探讨峡谷风作用下连接有桥梁和山体坡面的隧道的内气流场结构;探讨峡谷风作用下连桥隧道火灾的火焰行为及其烟气蔓延规律,考虑峡谷风的风速大小、方向、隧道山体坡度、隧道坡度、桥梁的桥面长度、火源类型及火源功率等因素。这将有助于充分了解峡谷风对峡谷地带连桥隧道火灾的影响,实验结果可为峡谷地区连桥隧道的防排烟建设提供依据和指导。本专利技术旨在为峡谷风作用下连接有桥隧连接段的隧道通风及隧道火灾研究提供一种多功能实验平台。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置,能够模拟不同风向、风速的峡谷风作用于连接有桥梁的不同坡度的隧道,研究峡谷风作用下不同坡度的连桥隧道内空气流场结构以及连桥隧道火灾中的火焰行为、烟气蔓延规律。为了实现上述目的,本专利技术采用了如下技术方案:一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置,包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统;所述实验台主体,包括有活动连接于支架上的隧道模型;所述隧道模型是与实际隧道尺寸成1:20的比例构造,通过9段拼接而成的(每段2米,可根据实验需要,改变实验台的隧道长度)其两端口敞开;所述隧道模型拱顶采用2mm厚的钢板;所述隧道模型的一侧采用8mm厚的可视钢化玻璃,便于观察隧道内部火灾发展过程;隧道另一侧及底部均由8mm厚的钢板构成,所述隧道模型内衬有5mm厚的防火板。所述峡谷风系统,包括活动连接于支架上的风机与整流箱,以及设于隧道模型一端用于模拟山体的山体挡板与设于隧道模型底部用于模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板,所述山体挡板表面铺设有不同规格纱布用以模拟不同覆盖程度的山体灌木;整个峡谷风系统长3.70m,风幕的截面尺寸为1.0m*1.0m。该实验装置的峡谷风系统中的山体挡板竖直放置,用以模拟山体,其长、宽均为1.2m、厚为8mm,且可根据实验需要在挡板表面铺设不同规格纱布以模拟不同覆盖程度的山体灌木的存在;使得峡谷风作用下隧道通风及隧道火灾模拟实验更加接近真实,研究峡谷风作用下山体表面不同的灌木覆盖程度对隧道通风和火灾的影响。该峡谷风系统中的模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板,其形状可根据隧道所接桥面与隧道的走向关系进行改变,本专利技术采用与隧道模型端面垂直的矩形仿桥钢板(模拟桥面与隧道走向一致的场景),该仿桥钢板长度可调、宽度为0.49m、厚度为8mm,钢板一部分置于隧道内,一部分悬于隧道外,且可改变悬于隧道模型外的钢板的长度,模拟隧道连接不同的桥面长度,所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通;所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段,所述整流段包括有内表面布置了单层纱布的整流前段以及蜂窝整流段,所述蜂窝整流段采用空心六菱塑料管蜂窝状布置;空心六菱塑料管的内接圆直径6mm,管长为25cm。所述配套测控系统,包括有温度采集系统、风速采集系统、燃料质量采集系统、图像采集系统和烟气组分采集系统;所述温度采集系统包括位于隧道模型内部或隧道口的热电偶、热电偶树以及与热电偶、热电偶树电连接的温度采集仪;所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央的多个风速测点以及与风速测点电连接的数据处理装置;所述燃料质量采集系统包括用于燃料测重的电子天平和与电子天平电连接的数据处理装置;所述图像采集系统包括用于记录实验结果的摄像机;所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型内的烟气速度测点以及烟气组分测点。所述温度采集系统包括有位于整条隧道模型顶棚中央下方沿着隧道模型走向排列的水平热电偶、竖直垂直于隧道模型所在中心直线的热电偶树若干、布置于隧道洞口的洞口热电偶以及布置于多段结构隧道模型的0-2m隧道段的顶部热电偶测点网阵,所述顶部热电偶测点网阵包括有沿隧道模型顶部矩阵布置的横向热电偶,所述水平热电偶、横向热电偶、洞口热电偶、热电偶树连接至温度采集仪上;该实验装置的温度采集系统中的0-2m隧道段热电偶测点网阵是指沿隧道0-2m隧道段纵向每0.25m布置一排横向热电偶,在0-2m的距离上共布置9排;每排热电偶共6个(不含顶棚下方中心线热电偶),每个热电偶距离顶棚下方的距离均为1cm,热电偶处于弧顶扇形角度的八等分点上,以隧道顶棚下方中心线呈对称分布,共54个测点。该温度测点网布置的意义在于:由于峡谷风的存在,火焰会发生旋转本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置,其特征在于:包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统;/n所述实验台主体,包括有活动连接于支架上的隧道模型;所述隧道模型为多段式可拆卸结构相互连接而成;/n所述峡谷风系统,包括活动连接于支架上的风机与整流箱,以及设于隧道模型一端用于模拟山体的山体挡板与设于隧道模型底部用于模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板,所述山体挡板表面铺设有不同规格纱布用以模拟不同覆盖程度的山体灌木;所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通;所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段,所述整流段包括有内表面布置了单层纱布的整流前段以及蜂窝整流段,所述蜂窝整流段采用空心六菱塑料管蜂窝状布置;/n所述配套测控系统,包括有温度采集系统、风速采集系统、燃料质量采集系统、图像采集系统和烟气组分采集系统;所述温度采集系统包括位于隧道模型内部或隧道口的热电偶、热电偶树以及与热电偶、热电偶树电连接的温度采集仪;所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央的多个风速测点以及与风速测点电连接的数据处理装置;所述燃料质量采集系统包括用于燃料测重的电子天平和与电子天平电连接的数据处理装置;所述图像采集系统包括用于记录实验结果的摄像机;所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型内的烟气速度测点以及烟气组分测点。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置,其特征在于:包括有实验台主体、峡谷风系统以及配套测控系统;
所述实验台主体,包括有活动连接于支架上的隧道模型;所述隧道模型为多段式可拆卸结构相互连接而成;
所述峡谷风系统,包括活动连接于支架上的风机与整流箱,以及设于隧道模型一端用于模拟山体的山体挡板与设于隧道模型底部用于模拟桥隧连接段桥面的仿桥钢板,所述山体挡板表面铺设有不同规格纱布用以模拟不同覆盖程度的山体灌木;所述风机的出风口与整流箱通过软接段相互联通;所述整流箱包括有依次连接的平接段、整流段以及稳流段,所述整流段包括有内表面布置了单层纱布的整流前段以及蜂窝整流段,所述蜂窝整流段采用空心六菱塑料管蜂窝状布置;
所述配套测控系统,包括有温度采集系统、风速采集系统、燃料质量采集系统、图像采集系统和烟气组分采集系统;所述温度采集系统包括位于隧道模型内部或隧道口的热电偶、热电偶树以及与热电偶、热电偶树电连接的温度采集仪;所述风速采集系统包括有位于隧道模型中央的多个风速测点以及与风速测点电连接的数据处理装置;所述燃料质量采集系统包括用于燃料测重的电子天平和与电子天平电连接的数据处理装置;所述图像采集系统包括用于记录实验结果的摄像机;所述烟气组分采集系统包括有位于隧道模型内的烟气速度测点以及烟气组分测点。


2.根据权利要求1所述的一种多角度峡谷风作用下隧道火灾模拟实验装置,其特征在于:所述温度采集系统包括有位于整条隧道模型顶棚中央下方沿着隧道模型走向排列的水平热电偶、竖直垂直于隧道模型所在中心直线的热电偶树若干、布置于隧道洞口的洞口热电偶以及布置于多段结构隧道模型的其中一段的顶部热电偶测点网阵,所述顶部热电偶测点网阵包括有沿隧道模型顶部矩阵布置的横向热电偶,所述水平热电偶、横向热电偶、洞口热电偶、热电偶树连接至温度采集仪上。

【专利技术属性】
技术研发人员:范传刚李玉豪焦澳栾蝶高雨欣
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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