一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，其能够在实验室模拟外界风作用下腔室火灾燃烧情况，研究外界风作用下腔室火灾发展和窗台溢流规律。该外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，包括实验台主体、外立面、外界风系统以及配套测控系统，本实验装置按照中等尺度模型比例1:3设计，是首个专门对外界风作用下腔室火灾热释放速率、烟气流动、温度分布、烟气成分、补风速度、热辐射通量、火焰形态、窗台溢流等进行全面系统研究的实验装置。在前人实验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外界风对腔室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】
一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置
本专利技术属于火灾安全
，具体涉及一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，其具体为研究外界风作用下腔室火灾热释放速率、烟气流动、温度分布、烟气成分、补风速度、热辐射通量、火焰形态、窗台溢流的模拟实验装置。
技术介绍
随着我国经济的发展，高层建筑的数量越来越多，高度越来越高，结构越来越复杂。伴随着大量的高层建筑火灾的发生，高层建筑火灾安全问题引起人们的广泛关注和深刻思考。高层建筑发生火灾时，着火房间内的火焰通过破碎的窗户向上蔓延，从而危害其他楼层人员的安全。火焰自下而上的蔓延主要是由于火焰的热辐射和热对流造成的，而热辐射和热对流与通过窗口火溢流的高度和距离以及温度有很大关系。研究室内火灾的发展规律，对于防止火灾发生、火灾的救援工作乃至建筑的防火和防排烟设计都具有极其重要的理论意义和实用价值。因此，研究高层建筑房间溢流火焰的竖直高度、水平宽度以及温度分布具有重要的现实意义。室内火灾的典型特征是火灾发生在相对封闭而又具有特定开口的空间里，这种特定的开口一般为敞开的门窗，它们使火焰或烟气得以蔓延到室外或者相邻房间。烟气或火焰通过开口上方溢出房间，而新鲜空气从开口底部流入房间。在燃料控制燃烧状态下，室内火灾发展到一定阶段，热烟气通过侧向开口溢出，室外冷空气从开口底部流入房间，形成一个常见的烟气溢流场景（如阳台溢流、窗口溢流）。当室内火灾发展到通风控制时候，火焰伴随高温热烟气通过开口上方溢出房间，同时大量未燃燃料溢出到开口外部，在开口外部发生激烈而持续的燃烧，形成开口火溢流现象，与此同时新鲜空气从开口底部流入房间。对于腔室火灾和窗口溢流，国内外已有一些研究人员开展不同形式的实验研究，他们分别根据特定房间的特点和某些预定的目的，开展了不同尺度的实验研究。Kawagoe通过对小开口情况下火灾的研究，发现了通风条件对于室内火灾发展的作用，提出了燃烧速率和通风因子的关系。Tewarson使用木垛和池火作为燃料开展了室内火灾实验，将燃烧区域分成了四部分，并给出了可以用来预测不同燃烧区域分界面的公式。Yokoi在开口上部有竖直壁面的燃烧腔室使用酒精为燃料进行实验，对从不同开口尺寸的窗户溢出火羽流温度和速度分布进行了研究。Webster使用木垛为燃料，研究了小尺度立方体燃烧室模型实验的火焰高度。Oleszkiewicz对外部燃烧中火焰的辐射和火焰沿着建筑外壁面向上蔓延的情况进行了较为系统的研究。Ohmiya等人建立了一个腔室模型来预测燃烧速率，开展了一系列小尺寸实验来研究开口外部火焰的特性。陆凯华等人研究了两边侧墙限制条件下建筑外立面开口火焰溢出行为，分析了侧墙对建筑外立面开口溢出火焰高度特征的影响机制，提出了基于侧墙间距大小和开口大小的无量纲耦合火焰高度模型。前人针对外界风不存在的情况下进行了腔室火灾和窗口溢流相关的研究，实际火灾通常不是在无风条件下发生发展的。环境中气体的流动，将对处于其中的火灾行为产生重大的影响。在风力的作用下，火灾燃烧的蔓延和烟气的扩散将由环境风的方向和大小决定。建筑火灾中，风的存在也将会对室内烟气流动与蔓延产生影响，这主要体现在风对火羽流行为的影响上。前人针对着火房间只有一个开口的情况做了一些研究，针对两个开口的着火房间情况研究较少。当着火房间有两个开口，并且高度不同时，房间中将会产生烟囱效应，烟气将从较高的开口流出房间，空气从较低的开口流入房间，烟囱效应的形成会使得房间中的燃烧加剧，并且影响溢流火焰的形态。同时，由于外界风的大小随着海拔高度成指数增加，随着高层建筑高度的增加，外界风的作用也越来越显著。外界风可能加速火焰在建筑物表面的蔓延，同时影响着火房间内的燃烧。本文设计的实验台主要研究两个开口的着火房间内的可燃物在烟囱效应和外界风的耦合作用下的燃烧情况和溢流火焰的特征。由于全尺寸火灾实验需要调动大量的人力物力，经济耗费大，受各种因素影响大，条件难以控制，可重复性差，因此不易开展。而开展满足相似性理论的小尺寸实验研究以揭示外界风对腔室火灾的影响，是一种较好的选择。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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，能够在实验室模拟外界风作用下腔室火灾燃烧情况，研究外界风作用下腔室火灾发展和窗台溢流规律。本专利技术采用的技术方案为：一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，包括实验台主体、外立面、外界风系统以及配套测控系统，所述实验台主体，是与实际房间尺寸成一定比例的单一房间构造，整体采用钢管搭建，用钢板焊接密封而成。实验台主体的前侧采用10mm厚的钢化玻璃外墙，方便观察房间内部火灾发展过程；左侧和右侧采用10mm厚的石膏板外墙，两侧外墙上各有一个开口，这两侧外墙的板材可以通过抽出和插入来改变；其他面由10mm厚的钢板构成，内衬5mm厚的防火板；火源位于房间内部；所述外界风系统，包括主体框架、产生外界风的轴流风机、调节风速的变频器、整流纱布和整流风管组成；所述配套测控系统，包括温度测量系统、烟气成分测量系统、辐射测量系统、风速测量系统、燃料质量变化测量系统、图像测量系统；该温度测量系统包括位于着火房间内和外立面左侧的竖向热电偶串，房间左侧开口和右侧开口的热电偶串，20个可根据实验需求任意调整位置的铠装热电偶及与其电信号连接的数据处理装置；该烟气成分测量系统包括布置于房间两个开口的电化学气体成分测量探点及与其电信号连接的数据处理装置；该辐射测量系统包括布置于房间地面的辐射测点及与其电信号连接的数据处理装置；该风速测量系统包括布置于房间两个门口的高温风速探点及与其电信号连接的数据处理装置；该质量变化测量系统包括燃料通过支架相连接的电子天平及与其电信号连接的数据处理装置；该图像测量系统包括对火焰形态的进行记录的两台摄像机；所述实验燃料，采用较为清洁的燃料甲醇，燃烧完全，无烟粒子污染。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，在房间的中央、侧壁和墙角有可以放支架的孔，燃料可以放在支架上，支架的高度可以调节，支架放在电子天平上，这样燃料可以位于着火房间中央、侧壁或者墙角，其高度也可以调节，研究不同火源位置和开口高度对腔室火灾的影响。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，所述实验装置按实际建筑1:3的比例构造。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，位于房间左侧和右侧的两个开口的大小均为宽0.3m、高0.4m，这两侧外墙的板材可以通过抽出和插入来改变。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，该实验装置的外界风系统包括主体框架、产生外界风的轴流风机、调节风速的变频器、整流纱布和整流风管组成，整个外界风系统长2.0m，风幕的截面尺寸为1.5m*1.5m。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，该实验装置的外界风系统产生的外界风的风速范围为0-6.0m/s。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，该实验装置的外界风系统的主体框架下有滑轮，可以根据实验需要移动，研究不同风向对双开口的腔室火灾的影响。所述的一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，该实验装置的电子天平通过支架与燃料相连，模拟火源可以采用甲醇，也可以采用木垛为燃料，更加真实的模拟建筑内火灾的发生发展。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外界风作用下腔室火灾模拟实验装置，包括实验台主体、外立面、外界风系统以及配套测控系统，其特征在于：所述实验台主体，是与实际房间尺寸成一定比例的单一房间构造，整体采用钢管搭建，用钢板焊接密封而成，实验台主体的前侧采用10mm厚的钢化玻璃外墙，方便观察房间内部火灾发展过程；左侧和右侧采用10mm厚的石膏板外墙，两侧外墙上各有一个开口，这两侧外墙的板材能够通过抽出和插入来改变；其他面由10mm厚的钢板构成，内衬5mm厚的防火板；火源位于房间内部；所述外界风系统，包括主体框架、产生外界风的轴流风机、调节风速的变频器、整流纱布和整流风管；所述配套测控系统，包括温度测量系统、烟气成分测量系统、辐射测量系统、风速测量系统、燃料质量变化测量系统、图像测量系统；该温度测量系统包括位于着火房间内和外立面左侧的竖向热电偶串，房间左侧开口和右侧开口的热电偶串，20个能够根据实验需求任意调整位置的铠装热电偶及与其电信号连接的数据处理装置；该烟气成分测量系统包括布置于房间两个开口的电化学气体成分测量探点及与其电信号连接的数据处理装置；该辐射测量系统包括布置于房间地面的辐射测点及与其电信号连接的数据处理装置；该风速测量系统包括布置于房间两个门口的高温风速探点及与其电信号连接的数据处理装置；该质量变化测量系统包括燃料通过支架相连接的电子天平及与其电信号连接的数据处理装...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪杰，李林杰，原向勇，李开源，范传刚，付艳云，李曼，万华仙，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：