[发明专利]具有顶部开口的受限空间火灾实验模拟装置

说明书

本发明公开了一种具有顶部开口的受限空间火灾实验模拟装置，设置腔室是由腔室支撑架支撑的可拆卸结构，分设为下层腔室和上层腔室，下层腔室为封闭腔，上层腔室为顶部开口腔，上层腔室设置为透明的玻璃侧壁，在腔室在一侧设置为可开启的腔室门；在上层腔室底部中央设置燃料盘；在腔室上方设置排烟系统；在腔室外部设置摄像机以记录烟气流动过程。本发明直接采用池火作为火源，能够模拟真实火灾环境下顶部开口处气体产生的压力；借助于烟气流场显示单元可以完整地模拟顶部开口处的烟气流动状态及流动形式，并能通过玻璃侧壁清晰地监测到整个实验过程和现象；燃料盘与天平分别置于实验装置的上层腔室和下层腔室，测量数据准确可靠。

技术领域

本发明涉及火灾安全技术领域，更具体地说是涉及一种具有顶部开口的受限空间火灾实验模拟装置，用于对顶部开口的受限空间内烟气流动的研究。

背景技术

近年来随着经济全球化的迅猛发展，低成本的海上贸易表现突出，直接推动着航运业的发展。机舱作为船舶运行的动力源，由于其处在机械设备的集中地，且具有可燃物多，燃油储备量大，传热性强等特点，因此其存在着较高的火灾风险性。

通常根据火灾发生的场所不同，火灾可以分为开放空间火灾和受限空间火灾。顶部水平开口的舱室作为一种典型的受限空间，常用于模拟船舶机舱或是上下相连的舱室。这类舱室不具备门窗等竖直开口，仅能通过顶部开口与外界环境联通。发生火灾时，舱室顶部开口的通风和排烟效果有限，热烟气无法通过水平开口顺利及时排出，甚至在火源的卷吸作用下向下流动，形成回流。结果导致舱室内的热量不易散发，温度急剧上升，加剧火焰燃烧和传播。舱室内的高温及毒性给人员逃生和扑救带来了巨大难度，火灾过程消耗的大量氧气，无法从外界获得补充，易使人员缺氧而窒息。

由于顶部开口的受限空间的建筑结构及功能的特殊性，使得以往建筑中的理论模型无法直接应用于顶部开口的受限空间。因此对顶部开口的受限空间内烟气流动方面的研究，是火灾科学和船舶消防工程中亟待了解的现象和规律。对于顶部开口的受限空间火灾的研究，国内外一些研究人员开展了不同形式的实验研究。Tan和Jaluria利用盐水模拟实验台研究开口流动的方向性问题，并给出了双向流与单向流之间的临界压力差，且压力差随着密度差的增大而增大。但是，盐水实验中在开口处附加的压力差无法与真实池火燃烧情况产生的火焰膨胀产生的压力相比，因此，对于真实池火环境下顶部开口处的气体流动方式目前还不清楚。美国马里兰大学的Wakatsuki建立了边长为40cm的立方体舱室来研究顶部中间开口的池火燃烧过程中的临界氧气浓度。但由于该实验舱结构设计以及摄像机等条件的限制，无法对舱室开口处的烟气流动过程及流动形式进行观测。中国科学技术大学的黎昌海建立了1m×1m×0.75m的实验舱进行顶部拐角开口对池火燃烧影响的研究，该实验过程中将天平测量系统直接置于舱内，未考虑燃烧过程中舱内压力的变化对于天平测量的影响，且此舱仅一面设置有观察窗，视角造成的差异会导致实验中对燃烧过程的观测存在死角，不能真实客观地记录整个燃烧过程。

迄今为止，未有对顶部开口的受限空间内烟气流动过程进行全面研究的实验装置。

发明内容

为了充分研究真实火灾条件下顶部开口处的烟气流动状态、流动形式、流动过程以及流动过程对于腔室火行为的影响，本发明提供一种小尺寸的具有顶部开口的受限空间火灾实验模拟装置。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明具有顶部开口的受限空间火灾实验模拟装置，包括腔室、燃料供给系统、排烟系统，以及数据采集处理系统；

所述腔室是由腔室支撑架支撑的可拆卸结构，分设为下层腔室和上层腔室，所述下层腔室为封闭腔，所述上层腔室为顶部开口腔，所述上层腔室设置为透明的玻璃侧壁，在所述腔室在一侧设置为可开启的腔室门；