[发明专利]一种蛇型曲线公路隧道火灾模拟试验平台系统

说明书

本发明涉及公路隧道火灾安全技术领域，尤其涉及一种蛇型曲线公路隧道火灾模拟试验平台系统。用于研究典型火灾位置发生火灾时隧道内温度场分布规律、烟气扩散特性及对应的防灾控制方法。该系统包括：蛇型曲线公路隧道模型、火灾纵向通风系统和测试系统；火灾纵向通风系统为蛇型曲线公路隧道模型提供纵向通风的条件；测试系统布置于蛇型曲线公路隧道模型周围，用于采集一些相关的数据。通过实时监测得到的大量的数据，一方面可以直观的分析蛇型曲线隧道火灾烟气扩散特性及相应的防灾控制措施，另一方面可以为后续火灾人员疏散设计、隧道防排烟结构布置等提供重要的数据基础及科学支撑，对于该类隧道火灾扑救和人员疏散具有重大指导意义。

技术领域

本发明涉及公路隧道火灾安全技术领域，尤其涉及一种蛇型曲线公路隧道火灾模拟试验平台系统。

背景技术

公路隧道发生火灾时，隧道内发生不完全燃烧，产生大量高温有毒烟气，对人的生命安全和隧道结构等构成严重威胁。据统计公路隧道火灾绝大部分人员伤亡的主要原因是吸入了高温有毒烟气，因此公路隧道火灾烟气流动规律及控制方法研究十分关键。随着西部山区高速公路建设的不断推进，为克服地形高差、减缓坡度和避开不良地质条件等因素，复杂线型隧道逐渐增多，隧道平面线型从以往直线型发展到曲线型，甚至蛇型，如雅安至叶城国家高速公路康定过境段项目跑马山1号隧道就是典型的蛇型曲线隧道。由于蛇型曲线隧道线型不用于直线隧道及一般曲线隧道，使得其火灾烟气扩散特性及防灾控制方法也与有所区别。

现阶段国内外研究者针对不同火灾场景下直线隧道内烟气扩散规律展开研究取得了一系列成果。1950年英国学者基于Froude数提出了隧道火灾烟气控制的临界风速计算方法。2004年澳大利亚的Bari和Naser采用数值计算方法对公路隧道阻塞工况时在纵向通风系统下火灾烟气的扩散规律进行了研究和分析。研究结论发现火灾发生8分钟后，火灾烟气的CO和CO2浓度都对人身安全造成了严重的危害。2006年韩国的Lee等人对隧道断面结构形式对火灾烟气扩散的影响进行了研究，结果发现隧道断面高宽比的增加将会降低火源附近的温度。2010年意大利的Betta等人通过改变射流风机进、出口与地面的夹角改变射流特性，研究了在不同夹角形式下火灾烟气的流动特性，提出了最佳的夹角方案。2015年，Soufien和Rejeb对阻塞条件下隧道内火灾烟气临界风速和回流层长度的影响进行了计算分析。国内相关研究起步较晚，但也取得了一系列显著的成果：西南交通大学王峰、王明年、杨其新等以秦岭终南山特长公路隧道、双螺旋曲线公路隧道等一些特点鲜明的工程为依托，针对特长公路隧道和曲线隧道火灾烟气分布及动态扩散特性以及控制方法开展了大量的试验和数值计算研究，不仅获得了特长公路隧道火灾烟气流动特性及控制方法，同时在曲线隧道内曲壁面边界条件和断面不同部位火源点对火灾烟气流动以及临界风速的影响也取得了较丰富的研究成果。此外长安大学、同济大学、中科院等在公路隧道火灾烟气扩散机理、通风设计计算方法及控制参数方面也取得了一系列成就。目前针对公路隧道烟气流动及控制技术的研究主要针对直线隧道，部分学者对曲线隧道的火灾烟气分布及扩散特性进行了研究，但是不具有普遍适应性，对蛇型曲线隧道火灾烟气流动规律及烟气控制技术方面的研究还极其缺乏。

目前对蛇型曲线隧道发生火灾时烟气的扩散规律和控制方法缺乏深入了解，亟需建立相关试验模拟平台开展深入研究。目前国内尚未出现相关蛇型曲线隧道的模拟系统平台，因此有必要发明一种蛇型曲线公路隧道火灾烟模拟实验平台系统，用于研究蛇型曲线隧道火灾温度场分布规律、烟气流动特性等方面，进而针对该类型隧道提出合理的防灾控制方法，对保障蛇型曲线隧道运营安全和人民生命安全具有重要意义。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种蛇型曲线公路隧道火灾模拟试验平台系统能模拟出蛇型曲线公路隧道典型火灾位置的基本火灾场景，并以此研究典型火灾位置发生火灾时隧道内温度场分布规律、烟气扩散特性及对应的防灾控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：