專利名稱：一種采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，用于對采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)時煙氣的流動情況和煙氣控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬測試。
背景技術(shù)：
地下公路隧道是解決城市日益擁堵的交通問題的重要方式之一。目前，東京、莫斯科、北京、上海等大城市均已建成或正在建設(shè)地下公路隧道。由于城市地下公路隧道兼有 地下建筑和公路隧道的特點，其火災(zāi)危險性非常高，為了保障火災(zāi)時的人員安全，必須在隧道內(nèi)設(shè)置有效的排煙系統(tǒng)。在公路隧道的火災(zāi)問題中，煙氣的控制及撲救是人們關(guān)心的焦點，因為火災(zāi)發(fā)生后，隧道內(nèi)的人員在受限空間內(nèi)都會受到燃燒及燃燒產(chǎn)生的煙氣帶來的危害。因此，研究公路隧道火災(zāi)的煙氣流動規(guī)律、發(fā)展其煙氣控制系統(tǒng)和撲救系統(tǒng)對于保證公路隧道系統(tǒng)的總體火災(zāi)安全很有必要。目前，公路隧道主要采用射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行縱向機(jī)械排畑。而地下公路隧道高度低，車流量大，采用縱向機(jī)械排煙容易破壞隧道內(nèi)的煙氣分層，不利于火災(zāi)早期的人員疏散，因此可在隧道頂部設(shè)置豎井進(jìn)行自然排煙以替代縱向機(jī)械排煙。對于采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)的煙氣流動規(guī)律，國內(nèi)外研究人員分別根據(jù)公路隧道的特點和某些預(yù)定的目的，開展了不同形式的研究。王彥富等人在某頂部開ロ的隧道內(nèi)進(jìn)行了現(xiàn)場火災(zāi)實驗，測試了豎井自然排煙時隧道頂部煙氣溫度的縱向分布情況，計算了回流距離和煙氣蔓延速度，隧道主體尺寸為1410m (長)X 12. 35m (寬)X5. 75m (高)。畢海權(quán)等使用STAR-⑶軟件模擬了某城市隧道豎井自然排煙的效果，得到了煙氣在該隧道內(nèi)的最大蔓延距離。茅靳豐采用小尺寸實驗?zāi)Ｐ?，對某城市隧道的自然排煙效果進(jìn)行了模擬實驗研究，根據(jù)煙氣蔓延速度和沉降時間得到了關(guān)于風(fēng)口數(shù)量和高度的設(shè)計建議。Yoon對公路隧道通風(fēng)豎井內(nèi)自然通風(fēng)壓カ進(jìn)行了分析，結(jié)果表明豎井產(chǎn)生的自然通風(fēng)壓カ對通風(fēng)系統(tǒng)效率有顯著影響。以上研究由于各方面的限制，只是對主體隧道中煙氣溫度、厚度和蔓延情況進(jìn)行了分析，并未對豎井排煙的質(zhì)量流量和豎井中煙氣的速度和溫度等參數(shù)進(jìn)行研究。采用豎井排煙時，豎井下方有可能發(fā)生吸穿現(xiàn)象，造成大量空氣直接進(jìn)入豎井，這會嚴(yán)重影響豎井的排煙效果。目前對此還沒有深入研究。由于全尺寸火災(zāi)實驗需要調(diào)動大量的人力物力、經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)大、條件難以控制、影響隧道運(yùn)營，全尺寸隧道實驗不易開展。開展?jié)M足相似性理論的小尺寸實驗研究，掲示豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)的煙氣流動規(guī)律，是ー種較好的選擇。同時，小尺寸實驗具有易操控性、良好的可再現(xiàn)性以及測量結(jié)果的可信度高等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種小尺寸隧道火災(zāi)實驗臺，能夠在實驗室模擬隧道火災(zāi)燃燒情況，研究采用豎井自然排煙的公路隧道火災(zāi)時的煙氣流動規(guī)律，發(fā)展合適的煙氣控制系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為ー種采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，包括實驗臺主體以及配套測控系統(tǒng)；所述實驗臺主體，是與實際地下公路隧道實際尺寸成一定比例的単一隧道構(gòu)造，包括隧道框架、ー側(cè)壁、頂棚、底板、另ー側(cè)壁、頂棚上方設(shè)置的豎井、隧道內(nèi)設(shè)燃料及火源；所述的隧道框架采用角鋼搭建，所述的頂棚、所述的地面以及所述的ー側(cè)壁均由防火板 構(gòu)成，該防火板與所述角鋼之間作密封處理；另ー側(cè)壁由鋼化玻璃構(gòu)成，所述鋼化玻璃方便觀察隧道內(nèi)部實驗過程和現(xiàn)象，該鋼化玻璃與所述角鋼之間也作密封處理；所述配套測控系統(tǒng)，包括煙氣溫度測量系統(tǒng)、煙氣成分量系統(tǒng)、風(fēng)速測量系統(tǒng)和煙氣流場顯示系統(tǒng)；所述的煙氣溫度測量系統(tǒng)包括豎井下方ー串豎向熱電偶、隧道右側(cè)兩串豎向熱電偶、以及10個可根據(jù)實驗需求任意調(diào)整位置的鎧裝熱電偶及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；所述的煙氣成分測量系統(tǒng)包括布置于隧道和豎井內(nèi)的電化學(xué)氣體成分測量探頭及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；所述的風(fēng)速測量系統(tǒng)包括布置于隧道右側(cè)開口和豎井內(nèi)部的高溫風(fēng)速探頭陣列及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；所述的煙氣流場顯示系統(tǒng)包括布置于實驗臺右側(cè)開ロ的激光片光源及對煙氣流場進(jìn)行記錄的攝像機(jī)。其中，在所述的頂棚上能夠根據(jù)需要在任意位置布置豎井，豎井框架由角鋼搭建，在框架中加入鋼化玻璃模擬豎井側(cè)壁。其中，所述的防火板為石膏。其中，所述的地面中間設(shè)置了軌道，軌道與該隧道構(gòu)造斷面垂直，該軌道方便模擬火源位置的移動。其中，所述燃料可置于所述底板任一位置。其中，該實驗?zāi)M裝置在實際隧道的結(jié)構(gòu)下做了必要的簡化，主要省略了隧道頂部的設(shè)備空間并將隧道豎向界面簡化為矩形。其中，所述豎井橫截面為一矩形，橫截面大小及豎井高度能夠根據(jù)要求調(diào)整。其中，所述火源可采用甲醇油池火，利用陰燃的香炷產(chǎn)生的煙氣模擬火災(zāi)煙氣，香炷與甲醇油盤保持一定距離，不致被引燃，實驗時，先點燃香炷使其發(fā)生陰燃，然后點燃甲醇，甲醇燃燒時卷吸空氣，產(chǎn)生的浮力作用驅(qū)使香炷陰燃煙氣在實驗臺內(nèi)流動，即可較為清晰地模擬火災(zāi)煙氣在隧道內(nèi)的蔓延情況和從豎井中排出的過程。其中，所述火源也可采用正庚烷或者木垛等標(biāo)準(zhǔn)燃料模擬實際可燃物。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果為( I)在安全性和環(huán)境友好方面，采用甲醇油池火作為火源，燃燒充分完全，產(chǎn)物清潔；同時，利用陰燃的香炷產(chǎn)生的煙氣模擬火災(zāi)煙氣，環(huán)境友好，無污染，對人體無不良刺激；(2)在煙氣運(yùn)動模擬實驗效果方面，實驗臺可以完整的模擬真實隧道內(nèi)可燃物燃燒產(chǎn)生煙氣的蔓延和煙氣在豎井中的流動狀態(tài)，井能通過鋼化玻璃清晰地監(jiān)測到實驗過程和現(xiàn)象；(3)在火災(zāi)熱釋放速率的模擬實驗效果方面，實驗臺通過測量豎井排出和隧道右側(cè)溢流出煙氣的特征參數(shù)進(jìn)行計算；(4)在實驗測量系統(tǒng)方面，先進(jìn)完備的測溫系統(tǒng)、成分測量系統(tǒng)、速度測量系統(tǒng)和煙氣流場顯示系統(tǒng)等可以對煙氣流動參數(shù)和煙控效果進(jìn)行全方位的觀測和研究；(5)在實驗成本方面，本小尺寸實驗臺相比大尺寸的實驗臺耗費(fèi)少，可重復(fù)性強(qiáng)，操作方便，同時與計算機(jī)模擬方法相比準(zhǔn)確性高。因此，本實驗裝置是專門對采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)時熱釋放速率、煙氣運(yùn)動、火災(zāi)探測及撲救等進(jìn)行全面系統(tǒng)研究的小尺寸實驗臺。在前人實驗基礎(chǔ)上克服了全尺寸實驗代價高昂和數(shù)值模擬工具不夠精確的特點，又保證了實驗的可重復(fù)性，對于開展實驗室科學(xué)研究和實際隧道煙氣控制、豎井排煙效果、探測與撲救系統(tǒng)模擬測試都有很大的應(yīng)用價值。對采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)的煙氣控制、探測與撲救系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計和測試評價研究具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的實際指導(dǎo)意義。


圖I為本發(fā)明所述采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置ー種實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置ー種實施例的A-A剖面示意圖；圖3為本發(fā)明所述采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置ー種實施例的B-B剖面示意圖；圖4為本發(fā)明所述采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置ー種實施例的C-C剖面示意圖；圖5為實驗?zāi)M裝置一次實驗測點布置平面圖。圖中標(biāo)號1-實驗臺主體；2-側(cè)壁(防火板)；3_左端開ロ ；4_燃料及火源；5-側(cè)壁(鋼化玻璃);6-右端開ロ ；7-豎井；8_豎井下方溫度探頭串；9_溫度探頭串；10_激光片光源；11_隧道右側(cè)開ロ速度探頭串；12_攝像機(jī)；13_—氧化碳濃度探頭；14_標(biāo)尺；15_速度探頭；16-溫度探頭；17-隧道火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步地說明。參見圖1，采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置的實驗臺主體I包括由防火板構(gòu)成的側(cè)壁2、頂棚、底板和由玻璃構(gòu)成側(cè)壁5，頂棚上方設(shè)置豎井7，隧道內(nèi)設(shè)燃料及火源4。實驗臺主體長6m，隧道內(nèi)部高度為O. 88m,寬度2m，豎井高度和橫截面尺寸可根據(jù)實驗要求調(diào)整。實驗臺主體使用角鋼作為支撐骨架。豎井側(cè)壁5由鋼化玻璃構(gòu)成。參見圖2，豎井下方布置豎井下方溫度探頭串8，在隧道右側(cè)出口處設(shè)置了隧道右側(cè)開ロ溫度探頭串9和隧道右側(cè)開ロ速度探頭串11。激光片光源10用來顯示煙氣流場，攝像機(jī)12記錄實驗過程和現(xiàn)象。燃料及火源4可設(shè)置在實驗臺橫向中心線A-A上。ー氧化碳濃度探頭13設(shè)置在豎井頂部開ロ。參見圖3，在隧道右側(cè)出口處設(shè)置了標(biāo)尺14，可以清晰的顯示煙氣層的高度?；馂?zāi)煙氣溢流會從隧道右側(cè)開ロ溢出，在開ロ處設(shè)置了測量探點串，包括隧道右側(cè)開ロ溫度探頭串9、隧道右側(cè)開ロ速度探點串11，其中隧道右側(cè)開ロ溫度探頭串9由16個熱電偶探頭組成，間距I. 5cm。隧道右側(cè)開ロ速度探點串11由2個高溫?zé)峋€風(fēng)速探頭組成，間距7cm。參見圖4，豎井頂部開ロ均勻布置4個速度探頭15和4個溫度探頭16，I個ー氧化碳濃度探頭13在開ロ截面的幾何中心。參見圖5，燃料及火源4布置在隧道實驗臺內(nèi)縱向中心線上，點燃燃料后，隧道內(nèi)產(chǎn)生高溫火災(zāi)煙氣17，部分高溫火災(zāi)煙氣經(jīng)豎井流出隧道，其余煙氣從隧道右側(cè)溢出。實驗中通過激光片光源10可清楚的觀察到煙氣在隧道實驗臺內(nèi)的流動狀況并用攝像機(jī)12清晰地記錄。通過豎井下方溫度探頭串8、隧道右側(cè)開ロ溫度探頭串9測量豎井下方和隧道右側(cè)溢流處高溫?zé)煔獾臏囟葓?，通過隧道右側(cè)開ロ速度探頭串11記錄溢流煙氣速度，通過ー氧化碳濃度探頭13記錄豎井中排出煙氣中的ー氧化碳濃度。 本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技木。
權(quán)利要求
1.一種采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于包括實驗臺主體(I)以及配套測控系統(tǒng)； 所述實驗臺主體(1)，是與實際地下公路隧道實際尺寸成一定比例的單一隧道構(gòu)造，包括隧道框架、一側(cè)壁(2)、頂棚、底板、另一側(cè)壁(5)、頂棚上方設(shè)置的豎井(7)、隧道內(nèi)設(shè)燃料及火源(4);所述的隧道框架采用角鋼搭建，所述的頂棚、所述的地面以及所述的一側(cè)壁(2)均由防火板構(gòu)成，該防火板與所述角鋼之間作密封處理；另一側(cè)壁(5)由鋼化玻璃構(gòu)成，所述鋼化玻璃方便觀察隧道內(nèi)部 實驗過程和現(xiàn)象，該鋼化玻璃與所述角鋼之間也作密封處理； 所述配套測控系統(tǒng)，包括煙氣溫度測量系統(tǒng)、煙氣成分量系統(tǒng)、風(fēng)速測量系統(tǒng)和煙氣流場顯示系統(tǒng)；所述的煙氣溫度測量系統(tǒng)包括豎井下方一串豎向熱電偶、隧道右側(cè)兩串豎向熱電偶、以及10個可根據(jù)實驗需求任意調(diào)整位置的鎧裝熱電偶及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；所述的煙氣成分測量系統(tǒng)包括布置于隧道和豎井內(nèi)的電化學(xué)氣體成分測量探頭及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；所述的風(fēng)速測量系統(tǒng)包括布置于隧道右側(cè)開口和豎井內(nèi)部的高溫風(fēng)速探頭陣列及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；所述的煙氣流場顯示系統(tǒng)包括布置于實驗臺右側(cè)開口的激光片光源及對煙氣流場進(jìn)行記錄的攝像機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于在所述的頂棚上能夠根據(jù)需要在任意位置布置豎井，豎井框架由角鋼搭建，在框架中加入鋼化玻璃模擬豎井側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述的防火板為石膏。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述的地面中間設(shè)置了軌道，軌道與該隧道構(gòu)造斷面垂直，該軌道方便模擬火源位置的移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述燃料可置于所述底板任一位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于該實驗?zāi)M裝置在實際隧道的結(jié)構(gòu)下做了必要的簡化，主要省略了隧道頂部的設(shè)備空間并將隧道豎向界面簡化為矩形。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述豎井橫截面為一矩形，橫截面大小及豎井高度能夠根據(jù)要求調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述火源可采用甲醇油池火，利用陰燃的香炷產(chǎn)生的煙氣模擬火災(zāi)煙氣，香炷與甲醇油盤保持一定距離，不致被引燃，實驗時，先點燃香炷使其發(fā)生陰燃，然后點燃甲醇，甲醇燃燒時卷吸空氣，產(chǎn)生的浮力作用驅(qū)使香炷陰燃煙氣在實驗臺內(nèi)流動，即可較為清晰地模擬火災(zāi)煙氣在隧道內(nèi)的蔓延情況和從豎井中排出的過程。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述火源也可采用正庚烷或者木垛等標(biāo)準(zhǔn)燃料模擬實際可燃物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，包括實驗臺主體以及配套測控系統(tǒng)；本實驗裝置是專門對采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)時熱釋放速率、煙氣運(yùn)動、火災(zāi)探測及撲救等進(jìn)行全面系統(tǒng)研究的小尺寸實驗臺。在前人實驗基礎(chǔ)上克服了全尺寸實驗代價高昂和數(shù)值模擬工具不夠精確的特點，又保證了實驗的可重復(fù)性，對于開展實驗室科學(xué)研究和實際隧道煙氣控制、豎井排煙效果、探測與撲救系統(tǒng)模擬測試都有很大的應(yīng)用價值。對采用豎井自然排煙的地下公路隧道火災(zāi)的煙氣控制、探測與撲救系統(tǒng)設(shè)計和測試評價研究具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的實際指導(dǎo)意義。
文檔編號G01M9/00GK102735415SQ201210189640
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者沈曉波, 王浩波, 紀(jì)杰, 范傳剛, 鄧志華, 高子鶴 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)