一种采用复合式重点排烟的大断面隧道火灾试验平台

摘要

本发明公开了一种采用复合式重点排烟的大断面隧道火灾试验平台，包括隧道模型主体、纵向通风排烟系统、复合式重点排烟系统、火源燃烧模拟系统和测量记录系统，通过该试验平台可以实现对大断面隧道火灾在复合式重点排烟模式下的烟气控制效果进行模拟研究，方便测量记录烟气温度、成分和浓度，且便于观察烟气的流场特征，便于比较各种通风排烟模式的排烟效果，具有较高的准确度、可信度。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道火灾防排烟技术领域，具体涉及一种采用复合式重点排烟的大断面隧道火灾试验平台。

背景技术

隧道内发生火灾后，由于其相对封闭的空间环境，导致烟气难以排出，聚集在隧道内部的烟气会对被困人员生命安全产生严重威胁。因此，需要设计合理有效的通风排烟系统及时排除隧道内部的烟气，这对于减少隧道内的人员伤亡具有重要意义。

隧道侧部重点排烟系统是集中排烟系统的一种重要形式，目前在公路隧道排烟系统尤其是沉管隧道集中排烟系统中得到了较为广泛的应用。上述隧道侧向集中排烟系统，侧壁排烟口和排烟道通常只设置于隧道单向侧壁，对于大断面隧道，距离侧壁排烟口距离越远的车道，排烟效果越差；尤其最外侧车道发生火灾直接采用侧壁排烟口直接排烟，排烟效率难以满足设计要求。近些年一些隧道工程为提高排烟效率，规避侧部重点排烟的不利影响，采用侧部重点排烟与顶部排烟系统相结合的方式排出隧道内的烟气，即在慢行道顶部富余空间设置顶部排烟道，采用顶部排烟，同时相邻行车道设置侧部排烟口与慢行道顶部排烟道相连，采用侧部排烟。

由于工程中做现场试验限制太多，耗资也大，模型试验是一种常用研究方法，对于大断面隧道火灾重点排烟系统的试验是本领域的空白。亟需设置一种大断面隧道火灾重点排烟试验平台，以得到该排烟模式下的烟气温度、流速、压力、能见度等火灾场景中影响疏散救援环境的主要参数，使试验数据服务于实际工程的设计和建设。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采用复合式重点排烟的大断面隧道火灾实验平台，填补了现阶段大断面隧道火灾试验平台的空白，是一种可操作性强、便于评判排烟性能好坏、具有较高的精确度、可信度的实验系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种采用复合式重点排烟的大断面隧道火灾实验平台，包括隧道模型主体、纵向通风排烟系统、复合式重点排烟系统、火源燃烧模拟系统和测量记录系统；

所述纵向通风排烟系统包括变频轴流风机，所述变频轴流风机的出风口与所述隧道模型主体的一端连通；

所述复合式重点排烟系统由排烟管道、排烟风井、排烟风机和电动排烟阀组成，所述排烟管道设置在所述隧道模型主体的顶部且沿所述隧道模型主体长度方向延伸，所述排烟风井一端与所述排烟管道连通且另一端伸出所述隧道模型主体，所述排烟风机设置在所述排烟风井内，所述电动排烟阀设置在所述排烟管道与所述隧道模型主体内部相接触的管壁上；

所述火源燃烧模拟系统包括设置于所述隧道模型主体内的油盘和多孔燃烧器，所述测量记录系统包括设置于所述隧道模型主体内的风速探测装置、可移动热电偶树和热电偶线阵；所述油盘、多孔燃烧器、风速探测装置、可移动热电偶树以及热电偶线阵均与计算机连接。

进一步地，在上述技术方案中，所述隧道模型主体由若干节可拆卸的半圆形截面腔室单元连接而成，所述腔室的弧形顶面为耐高温的透明材质；所述隧道模型主体的底部固定在多个试验台支架上，通过改变试验台支架的高度实现对隧道模型主体坡度的控制。

进一步地，在上述技术方案中，所述变频轴流风机的横截面积大于所述隧道模型主体的横截面积，所述纵向通风排烟系统还包括渐缩管和整流管段，所述变频轴流风机的出风口通过渐缩管与所述整流管段的一端连通，所述整流管段的另一端通过可拆卸接口与所述隧道模型主体连通。

进一步地，在上述技术方案中，所述排烟风井有多个且设置在所述排烟管道的两端，所述电动排烟阀在所述排烟管道的管壁上等间距设置。

进一步地，在上述技术方案中，所述火源燃烧模拟系统还包括设置在所述隧道模型主体外部的气体流量计、压力表、开关控制阀、燃料储气瓶和供气管道，所述燃气储气瓶通过供气管道与所述多孔燃烧器连接，所述开关控制阀、压力表和气体流量计设置在所述供气管道上。

进一步地，在上述技术方案中，所述风速探测装置为网状结构，所述风速探测装置通过风速采集仪与所述计算机的输入端连接。

进一步地，在上述技术方案中，所述热电偶线阵沿隧道模型主体的顶部及烟道管道下方纵向分布，所述所述可移动热电偶树中的热电偶竖向间距不大于10㎝，所述热电偶线阵中相邻的热电偶之间的间距不超过25㎝。

进一步地，在上述技术方案中，所述可移动热电偶树的输出端、热电偶线阵的输出端均通过温度采集仪与所述计算机的输入端连接。

进一步地，在上述技术方案中，所述测量记录系统还包括视频记录仪、以及用于支撑所述视频记录仪的视频记录仪支架，所述视频记录仪上安装有激光发射器。

进一步地，在上述技术方案中，所述隧道模型主体内还设置有可移动烟气采集杆，所述可移动烟气采集杆的输出端通过烟气分析仪与所述计算机的输入端连接。

本发明的有益效果为：将侧部重点排烟系统与顶部排烟系统集成组合设置在隧道模型主体内，可用于比较各种通风排烟模式的排烟效果；通过通风系统、隧道模型主体以及火源燃烧模拟系统，使得试验平台贴近于实际情况，并配套设置有测量记录系统，可以得到火灾状况下隧道内的各种参数，且数据准确度高、可信度高，有利于实际工程设计、建设和运营。

附图说明

图1为本发明中隧道火灾实验平台的侧视结构示意图；

图2为本发明中隧道火灾实验平台的主视结构示意图；

图3为本发明中液体火源燃烧模拟系统的示意图；

图4为本发明中气体火源燃烧模拟系统的示意图；

图5为本发明中风速测量记录系统的示意图；

图6为本发明中烟气温度测量记录系统的示意图；

图7为本发明中视频记录系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，应当理解，此处的描述仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～7所示，一种采用复合式重点排烟的大断面隧道火灾实验平台，包括隧道模型主体、纵向通风排烟系统、复合式重点排烟系统、火源燃烧模拟系统和测量记录系统，其中，火源燃烧模拟系统包括液体火源燃烧模拟系统和气体火源燃烧模拟系统，测量记录系统包括风速测量记录系统、烟气温度测量记录系统、视频记录系统以及烟气成分分析系统。

隧道模型主体固定在多个试验台支架1上，具体的实施例中，试验台支架1可设置有4个，可以根据实际需要，通过试验台支架1调整隧道模型主体的高度，进而改变其坡度。

隧道模型主体由若干节可拆卸的半圆形截面腔室单元连接而成，每一节腔室的弧形顶面均为耐高温的透明钢化玻璃，方便在试验过程中观察烟气运动的流场特征，易于记录通风排烟的效果；并且该曲面钢化玻璃窗可以打开，以便于布置或更换隧道模型主体内部的一些探测仪器和设备。在具体的实施例中，隧道模型主体的长度为40m。

纵向通风排烟系统设置在隧道模型主体外部，具体包括变频轴流风机2、渐缩管3和整流管段4，变频轴流风机2的横截面积大于所述隧道模型主体的横截面积，变频轴流风机2的出风口通过渐缩管3与整流管段4的一端连接，整流管段4的另一端通过可拆卸接口与隧道模型主体连通。变频轴流风机2通过改变叶轮的转速来改变出风口风速的大小，通过渐缩管3和整流管段4的整流处理后，向隧道模型主体中提供均匀稳定的纵向通风。

复合式重点排烟系统由排烟管道5、排烟风井6、排烟风机7和电动排烟阀8构成，排烟管道5设置在隧道模型主体的顶部且沿所述隧道模型主体长度方向延伸，排烟风井6一端与所述排烟管道5连通且另一端伸出隧道模型主体，使得排烟管道5与隧道模型外部通过排烟风井6连通；排烟风机7设置在所述排烟风井6内，电动排烟阀8等间距设置在排烟管道5与隧道模型主体内部相接触的管壁上。在本实施例中，隧道内设置有慢行道区域和行车道区域且其体积按照实际工程中的隧道比划分，排烟管道5具体由设置在隧道模型主体内慢行道上部的顶棚与隧道模型主体顶部之间的空隙构成，排烟风井6设置有4个，分别安装在排烟管道5的两端，排烟风机4有4台；电动排烟阀有若干个，分别安装在排烟管道5左侧和底部等间距开设的各个排烟口处，电动控制阀8均可实现电动控制自动打开或关闭。

液体火源燃烧模拟系统包括设置在隧道模型主体内部的油盘9，且该油盘9的信息输出端与计算机10的输入端连接，油盘9能实时测量记录其盘内的液体燃料质量并将其反馈给计算机10，进而利用计算机10实时观察记录液体火源各项参数的数据变化情况，通过更换不同尺寸的油盘以及液体燃料，实现不同火源功率条件下的模拟燃烧。

气体火源燃烧模拟系统包括设置于隧道模型主体内的多孔燃烧器11、以及设置在隧道外部的燃料储气瓶15，燃料储气瓶15的出气口通过供气管道16与多孔燃烧器11连接用于提供燃气，确保多孔燃烧器11能够持续燃烧，从而更好的模拟火灾场景；供气管道16上设有气体流量阀12、压力表13和开关控制阀14，开关控制阀14连接在燃料储气瓶15的出气口处，气体流量阀12和压力表13连接在供气管道16上用于检测气体流量；多孔燃烧器11的信号输出端与计算机10的输入端连接，可以利用计算机10记录气体火源各项参数的数据变化情况。

风速测量记录系统由设置在隧道模型主体内部的可移动风速探测装置17以及设置在隧道模型主体外部的风速采集仪18构成，风速探测装置通过导向与风速采集仪18连接，风速采集仪18与计算机10的输入端连接，用于将采集的信号传递给计算机10；可移动风速探测装置17呈“网状”结构，可以准确实现对隧道模型主体内部烟气流速实时变化情况进行测量。

烟气温度测量记录系统由设置在隧道模型主体内部的可移动热电偶树19、热电偶线阵20以及设置在隧道模型主体外部的温度采集仪21构成，热电偶线阵20沿隧道模型主体内部的顶板以及排烟管道下侧纵向分布，可移动热电偶树19、热电偶线阵20均与温度采集仪21的输入端连接，温度采集仪21的输出端与计算机10的输入端连接；可以实现隧道模型主体内部空间竖向烟气温度、沿隧道模型顶板、排烟管道下侧烟气温度的实时测量记录。在本实施例中，温度采集仪21选用7018温度采集模块，可移动热电偶树19中热电偶的竖向间距一般不大于10cm，且可以在隧道模型主体内部放置多个可移动热电偶树19；隧道模型主体内部顶板、排烟管道下侧纵向分布的热电偶线阵20距离顶棚的距离为5cm，热电偶线阵20中相邻两个热电偶之间的间距不超过25cm。

视频记录系统设置在隧道模型主体的外部且位于端口处，包括视频记录仪22、视频记录仪支架23和激光发射器24，视频记录仪22放置在视频记录仪支架23上，视频记录仪22镜头下方安装有激光发射器24；使用时，激光发射器24向隧道模型主体内部发射片状激光以清晰显示通风排烟过程中烟气运动的流场特征，并用视频记录仪22实时记录。

烟气成分分析系统由设置在隧道模型主体内部的可移动烟气采集杆以及设置在隧道模型主体外部的烟气分析仪构成，可移动烟气采集杆的输出端与烟气分析仪的输入端连接，烟气分析仪的输出端与计算机10的输入端连接，可利用计算机10对烟气成分数据进行分析和记录。

可以理解的是，排烟管道5和腔室单元的底板均采用防火板材制成，且所有缝隙处均应进行相应的密封处理，以防止隧道模型主体漏风漏烟。

可以理解的是，说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识，且以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。