【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道火灾模拟，特别涉及基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置及方法。
技术介绍
1、隧道属于受限空间，其纵深长度过长，仅在端部有两个出口，特殊的结构形式导致了隧道内烟气流动沿着隧道纵向蔓延。火灾发生后，隧道内温度迅速升高，烟气蔓延速度快，人员安全疏散难度大。
2、在螺旋隧道内，曲率和坡度对烟气蔓延产生的影响如下：(1)隧道曲率对烟气产生的摩擦阻力使得烟气的流动更加复杂，由此产生更高的温度场，火灾烟气控制更为困难；(2)大纵坡公路隧道内洞口的高度差、隧道内外气压差以及高温火灾烟气在运动过程中的浮力作用影响，导致隧道火灾烟雾蔓延扩散过程中出现“烟囱效应”，大纵坡产生的“烟囱效应”使得隧道上坡烟气的流动速度增快，火灾烟气控制更为困难；此外，隧道内斜井、火灾规模、纵向风速及风向对火灾控制及排烟起到了重要作用。
3、隧道火灾研究的主要方法是现场试验、模拟试验和数值模拟。其中模拟试验因其可操作性好、试验效果好、可反复使用、节约成本等优点在公路隧道模拟中得到广泛使用。
4、目前关于变曲率变坡度的隧道模型试验开展较少，主要原因是由于模型复杂，且难以实现隧道曲率、坡度和斜井倾角调节变化。
技术实现思路
1、本专利技术所解决的技术问题：提供一种基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置及方法，解决现有隧道火灾模拟试验中采用的隧道模型的隧道曲率、坡度和斜井倾角不能自动调节的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案：基于自动控制
3、所述隧道主体结构包括多个管节，所述管节之间铰接在一起，并且通过防火的可伸缩结构对管节之间的活动区域进行密封，隧道主体的两端连接双向可逆风机；
4、所述斜井结构的一侧与隧道主体结构连接，另一侧连接双向可逆风机；
5、所述液压控制系统包括隧道曲率液压控制杆件、隧道坡度液压控制杆件和斜井倾角液压控制杆件；所述隧道曲率液压控制杆件安装于隧道主体的管节之间，用于调节隧道主体结构曲率；所述隧道坡度液压控制杆件安装于管节底部，用于调节隧道主体结构的高度和坡度；所述斜井倾角液压控制杆件安装于斜井结构底部，用于调节斜井结构的高度和倾角；
6、所述燃烧系统用于在隧道内模拟火灾；
7、所述监测系统用于采集隧道内的环境数据。
8、进一步的，所述监测系统包括温度测量装置、烟气采集器、火焰形态采集器和风速监控装置；所述温度测量装置用于测量隧道内的温度；所述烟气采集器包括绿色光源激光机和摄像机，所述绿色光源激光器用于对烟气进行显形，所述摄像机用于记录烟气扩散过程和分布特征；所述火焰形态采集器包括摄像机，用于记录火焰形态变化规律；所述风速监控装置用于检测隧道内风速。
9、进一步的，相邻管节曲率调节公式为：其中e1表示隧道曲率液压控制杆件长度输出值，m表示隧道管节宽度，表示模型缩尺比，l表示隧道管节长度，ρ表示相邻管节曲率，依据管节曲率调节公式自动调节所有隧道曲率液压控制杆件的长度，从而调节隧道主体结构曲率。
10、进一步的，每个管节的两端安装隧道坡度液压控制杆件，隧道坡度调节公式为：e2＝h0+lsinθ，其中h0表示管节的最低高度，l表示隧道管节长度，θ表示管节的坡度，e2表示管节最高高度，依据隧道坡度调节公式自动调节所有隧道坡度液压控制杆件的长度，从而调节隧道主体结构坡度，并通过最低管节的最低高度调节隧道主体结构的高度。
11、进一步的，斜井结构的两端安装斜井倾角液压控制杆件，斜井结构的倾角调节公式为：e3＝ha+lasinγ，其中ha表示斜井结构的最低高度，la表示斜井结构长度，γ表示斜井结构与水平线的夹角，e3表示斜井结构最高高度，依据斜井结构的倾角调节公式自动调整斜井倾角液压控制杆件长度，从而调整斜井结构的倾角，并通过斜井结构的最低高度调节斜井结构的高度。
12、进一步的，所述管节之间通过铰链铰接在一起，所述可伸缩结构包括波纹管。
13、进一步的，所述隧道坡度液压控制杆件和斜井倾角液压控制杆件的底部安装有万向轮。
14、进一步的，所述管节包括不锈钢框架和防火高硼硅玻璃。
15、基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验方法，应用于上述基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，包括以下步骤：
16、s1、通过隧道曲率液压控制杆件调节隧道主体结构曲率，通过隧道坡度液压控制杆件调节隧道主体结构坡度，通过斜井倾角液压控制杆调节斜井倾角；
17、s2、调整隧道主体两端的双向可逆风机风速和斜井结构的双向可逆风机的风速，满足纵向通风要求和斜井送排风要求；
18、s3、在隧道主体内利用燃烧系统模拟火灾，并调节火源规模；
19、s4、利用监测系统采集隧道内的环境数据，并保存；
20、s5、改变隧道主体结构曲率、隧道主体结构坡度和斜井倾角，重复s2-s4，实现不同曲率和不同坡度隧道火灾试验。
21、进一步的，s4中，所述利用监测系统采集隧道内的环境数据包括通过风速监控装置检测隧道内风速；通过摄像机对准火源位置，记录在风的作用下火源形态变化规律；通过温度测量装置测量隧道内的温度场数据；以及通过绿色光源激光器对烟气进行显形，并摄像机记录烟气扩散过程和分布特征。
22、本专利技术的有益效果：本专利技术基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置及方法，通过隧道曲率液压控制杆件调节隧道主体结构曲率，通过隧道坡度液压控制杆件调节隧道主体结构坡度，通过斜井倾角液压控制杆调节斜井倾角，以此实现隧道主体结构的隧道曲率、坡度和斜井倾角可通过液压系统自动调节，并通过燃烧系统模拟火灾，利用检测系统采集隧道内的环境数据，完成隧道火灾试验，解决了现有隧道火灾模拟试验中采用的隧道模型的隧道曲率、坡度和斜井倾角不能自动调节的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，包括隧道主体结构、斜井结构、液压控制系统、燃烧系统和监测系统；
2.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，所述监测系统包括温度测量装置、烟气采集器、火焰形态采集器和风速监控装置；所述温度测量装置用于测量隧道内的温度；所述烟气采集器包括绿色光源激光机和摄像机，所述绿色光源激光器用于对烟气进行显形，所述摄像机用于记录烟气扩散过程和分布特征；所述火焰形态采集器包括摄像机，用于记录火焰形态变化规律；所述风速监控装置用于检测隧道内风速。
3.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，相邻管节曲率调节公式为：其中e1表示隧道曲率液压控制杆件长度输出值，m表示隧道管节宽度，表示模型缩尺比，L表示隧道管节长度，ρ表示相邻管节曲率，依据管节曲率调节公式自动调节所有隧道曲率液压控制杆件的长度，从而调节隧道主体结构曲率。
4.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，每个管节的两端安装隧道坡度液压控制杆
5.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，斜井结构的两端安装斜井倾角液压控制杆件，斜井结构的倾角调节公式为：e3＝Ha+Lasinγ，其中Ha表示斜井结构的最低高度，La表示斜井结构长度，γ表示斜井结构与水平线的夹角，e3表示斜井结构最高高度，依据斜井结构的倾角调节公式自动调整斜井倾角液压控制杆件长度，从而调整斜井结构的倾角，并通过斜井结构的最低高度调节斜井结构的高度。
6.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，所述管节之间通过铰链铰接在一起，所述可伸缩结构包括波纹管。
7.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，所述隧道坡度液压控制杆件和斜井倾角液压控制杆件的底部安装有万向轮。
8.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，所述管节包括不锈钢框架和防火高硼硅玻璃。
9.基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验方法，应用于权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验方法，其特征在于，S4中，所述利用监测系统采集隧道内的环境数据包括通过风速监控装置检测隧道内风速；通过摄像机对准火源位置，记录在风的作用下火源形态变化规律；通过温度测量装置测量隧道内的温度场数据；以及通过绿色光源激光器对烟气进行显形，并摄像机记录烟气扩散过程和分布特征。
...【技术特征摘要】
1.基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，包括隧道主体结构、斜井结构、液压控制系统、燃烧系统和监测系统；
2.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，所述监测系统包括温度测量装置、烟气采集器、火焰形态采集器和风速监控装置；所述温度测量装置用于测量隧道内的温度；所述烟气采集器包括绿色光源激光机和摄像机，所述绿色光源激光器用于对烟气进行显形，所述摄像机用于记录烟气扩散过程和分布特征；所述火焰形态采集器包括摄像机，用于记录火焰形态变化规律；所述风速监控装置用于检测隧道内风速。
3.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，相邻管节曲率调节公式为：其中e1表示隧道曲率液压控制杆件长度输出值，m表示隧道管节宽度，表示模型缩尺比，l表示隧道管节长度，ρ表示相邻管节曲率，依据管节曲率调节公式自动调节所有隧道曲率液压控制杆件的长度，从而调节隧道主体结构曲率。
4.根据权利要求1所述的基于自动控制的变曲率变坡度隧道火灾试验装置，其特征在于，每个管节的两端安装隧道坡度液压控制杆件，隧道坡度调节公式为：e2＝h0+l sinθ，其中h0表示管节的最低高度，l表示隧道管节长度，θ表示管节的坡度，e2表示管节最高高度，依据隧道坡度调节公式自动调节所有隧道坡度液压控制杆件的长度，从而调节隧道主体结构坡度，并通过最低管节的最低高度调节隧道主体结构的高度。
5.根据权利要求1所述的基于自动控制的变...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵灵吟，张威，夏海林，王雪，刘媛，李俊麒，周振宇，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。