[发明专利]一种采用竖井自然排烟的地下公路隧道火灾实验模拟装置

说明书

技术领域

本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及一种采用竖井自然排烟的地下公路隧道火灾实验模拟装置，用于对采用竖井自然排烟的地下公路隧道火灾时烟气的流动情况和烟气控制系统进行模拟测试。

背景技术

地下公路隧道是解决城市日益拥堵的交通问题的重要方式之一。目前，东京、莫斯科、北京、上海等大城市均已建成或正在建设地下公路隧道。由于城市地下公路隧道兼有地下建筑和公路隧道的特点，其火灾危险性非常高，为了保障火灾时的人员安全，必须在隧道内设置有效的排烟系统。在公路隧道的火灾问题中，烟气的控制及扑救是人们关心的焦点，因为火灾发生后，隧道内的人员在受限空间内都会受到燃烧及燃烧产生的烟气带来的危害。因此，研究公路隧道火灾的烟气流动规律、发展其烟气控制系统和扑救系统对于保证公路隧道系统的总体火灾安全很有必要。

目前，公路隧道主要采用射流风机进行纵向机械排烟。而地下公路隧道高度低，车流量大，采用纵向机械排烟容易破坏隧道内的烟气分层，不利于火灾早期的人员疏散，因此可在隧道顶部设置竖井进行自然排烟以替代纵向机械排烟。对于采用竖井自然排烟的地下公路隧道火灾的烟气流动规律，国内外研究人员分别根据公路隧道的特点和某些预定的目的，开展了不同形式的研究。

王彦富等人在某顶部开口的隧道内进行了现场火灾实验，测试了竖井自然排烟时隧道顶部烟气温度的纵向分布情况，计算了回流距离和烟气蔓延速度，隧道主体尺寸为1410m（长）×12.35m（宽）×5.75m（高）。毕海权等使用STAR-CD软件模拟了某城市隧道竖井自然排烟的效果，得到了烟气在该隧道内的最大蔓延距离。茅靳丰采用小尺寸实验模型，对某城市隧道的自然排烟效果进行了模拟实验研究，根据烟气蔓延速度和沉降时间得到了关于风口数量和高度的设计建议。Yoon对公路隧道通风竖井内自然通风压力进行了分析，结果表明竖井产生的自然通风压力对通风系统效率有显著影响。以上研究由于各方面的限制，只是对主体隧道中烟气温度、厚度和蔓延情况进行了分析，并未对竖井排烟的质量流量和竖井中烟气的速度和温度等参数进行研究。采用竖井排烟时，竖井下方有可能发生吸穿现象，造成大量空气直接进入竖井，这会严重影响竖井的排烟效果。目前对此还没有深入研究。

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、条件难以控制、影响隧道运营，全尺寸隧道实验不易开展。开展满足相似性理论的小尺寸实验研究，揭示竖井自然排烟的地下公路隧道火灾的烟气流动规律，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小尺寸隧道火灾实验台，能够在实验室模拟隧道火灾燃烧情况，研究采用竖井自然排烟的公路隧道火灾时的烟气流动规律，发展合适的烟气控制系统。

本发明采用的技术方案为：

一种采用竖井自然排烟的地下公路隧道火灾实验模拟装置，包括实验台主体以及配套测控系统；

所述实验台主体，是与实际地下公路隧道实际尺寸成一定比例的单一隧道构造，包括：隧道框架、一侧壁、顶棚、底板、另一侧壁、顶棚上方设置的竖井、隧道内设燃料及火源；所述的隧道框架采用角钢搭建，所述的顶棚、所述的地面以及所述的一侧壁均由防火板构成，该防火板与所述角钢之间作密封处理；另一侧壁由钢化玻璃构成，所述钢化玻璃方便观察隧道内部实验过程和现象，该钢化玻璃与所述角钢之间也作密封处理；

所述配套测控系统，包括烟气温度测量系统、烟气成分量系统、风速测量系统和烟气流场显示系统；所述的烟气温度测量系统包括竖井下方一串竖向热电偶、隧道右侧两串竖向热电偶、以及10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；所述的烟气成分测量系统包括布置于隧道和竖井内的电化学气体成分测量探头及与其电信号连接的数据处理装置；所述的风速测量系统包括布置于隧道右侧开口和竖井内部的高温风速探头阵列及与其电信号连接的数据处理装置；所述的烟气流场显示系统包括布置于实验台右侧开口的激光片光源及对烟气流场进行记录的摄像机。

其中，在所述的顶棚上能够根据需要在任意位置布置竖井，竖井框架由角钢搭建，在框架中加入钢化玻璃模拟竖井侧壁。

其中，所述的防火板为石膏。

其中，所述的地面中间设置了轨道，轨道与该隧道构造断面垂直，该轨道方便模拟火源位置的移动。

其中，所述燃料可置于所述底板任一位置。

其中，该实验模拟装置在实际隧道的结构下做了必要的简化，主要省略了隧道顶部的设备空间并将隧道竖向界面简化为矩形。