[发明专利]一种钢结构注水防火保护方法

权利要求书

1.一种钢结构注水防火保护方法，所述钢结构注水防火装置包括钢结构本体(1)，安装在钢结构本体(1)内并通过冷却水对钢结构本体(1)进行降温的注水管(2)，贯穿钢结构本体(1)设置且与注水管(2)两端分别连通的进水管(3)和出水管(4)，贯穿钢结构本体(1)设置且与注水管(2)连通并用于排出注水管(2)中气体的排气管(5)，安装在进水管(3)上的进水端压力表(6)，安装在出水管(4)上的出水端压力表(7)，以及安装在出水管(4)上且用于测量从注水管(2)中流出的冷却水温度的热偶计(8)；

其特征在于，所述实现方法包括如下步骤：

(S1)发生火灾时，钢结构本体外表面直接暴露在火焰或高温烟气中，通过热辐射、对流换热使钢结构本体升温；

(S2)钢结构本体将外表面受火灾加热得到的热量通过热传导方式传导到钢结构本体的内表面；

(S3)钢结构本体内表面空腔通过对流换热将热量传递给注水管内的冷却水，并对注水管中参数包括冷却水中水温差、水流量、钢结构本体壁面温度、注水管两端水压差进行测试；

(S4)通过最小二乘法对注水管内流动的冷却水的测试数据进行分析和处理，从而得出注水管内换热准则关系式和范宁摩擦系数的准则关系式；

(S5)通过换热准则关系式和范宁摩擦系数的准则关系式的建立，从而判断出钢结构本体在火灾发生时需要注水管内冷却水对钢结构本体进行保护的最小驱动力和最小水流量。

2.根据权利要求1所述的一种钢结构注水防火保护方法，其特征在于，所述步骤(S3)中对对注水管中冷却水中水温差、水流量、钢结构本体壁面温度、注水管两端的水压差进行测试实际是为了测得雷诺数Re、换热系数α、努谢尔特数Nu和范宁摩擦系数Cf。

3.根据权利要求2所述的一种钢结构注水防火保护方法，其特征在于，所述雷诺数Re的计算公式为：

Re＝u_mD_i/ν

u_m＝4g/ρπD_i²

其中：u_m为流体平均流速，单位为m/s；D_i为管内径，单位为m；ρ为流体在平均温度t_f下的密度，单位为Kg/m³；ν为流体在平均温度t_f下的运动粘度，单位为m²/s，g为重力加速度，单位为m/s²。

4.根据权利要求3所述的一种钢结构注水防火保护方法，其特征在于，所述换热系数α的计算公式为：

α＝Q/F△t_m

Q＝gC_p(t_o－t_i)

△t_m＝(t_o－t_i)/Ln[(t_w－t_i)/(t_w－t_o)]

t_f＝t_w—Δt_m

其中：Q为流体在实验段的换热量，单位为J/s；C_p为流体平均温度t_f下的定压比热，单位为J/(Kg·K)；t_f为流体的平均温度，单位为K；F为面积，单位为m²；△t_m为温差，单位为℃；t_o为出口温度、t_i为入口温度、t_w为钢结构壁面温度，单位为℃；Ln为log以e为底的自然对数运算，数学符号。

5.根据权利要求4所述的一种钢结构注水防火保护方法，其特征在于，所述努谢尔特数Nu的计算公式为：

Nu＝αD_i/λ

其中：λ为流体平均温度t_f下的导热系数，单位为W/(m·k)。