一种环境风作用下高层建筑立体火行为模拟实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种环境风作用下高层建筑立体火行为模拟实验装置。该装置包括高层建筑模型、旋转平台、方向可调式风洞、三维可移动式热电偶架、火源模拟装置。所述高层建筑模型为立方体壳状，分为四个腔室，其中点火实验腔室设有火源模拟装置及尺寸可调式建筑窗口模型；高层建筑模型底部连接旋转平台配合外部方向可调式风洞可模拟任意方向及风速的环境风；三维可移动式热电偶架为组合式矩形结构，可实现外壁面任意位置的参数测量功能。本实用新型专利技术首次建立了一套研究环境风作用下高层建筑立体火蔓延模拟实验装置，风向调节系统安全、便捷、精确，实验装置具有完备的参数测量系统，可研究高层建筑从起火、火焰溢出到最终蔓延至建筑上层、邻侧的完整过程。

【技术实现步骤摘要】
一种环境风作用下高层建筑立体火行为模拟实验装置
本技术属于火灾安全
，具体涉及一种环境风作用下高层建筑立体火行为模拟实验装置，其为存在复杂环境风作用下的高层建筑立体火行为与火焰特征参数的演变规律的实验与研究设备。
技术介绍
随着我国城市不断发展，为缓解用地紧张，越来越多的高层建筑逐渐兴起，高度越来越高，结构越来越复杂，功能越来越多样化，随之而来的是突出的高层建筑火灾问题，并有愈演愈烈之势。近年来发生很多大型建筑火灾事件，均形成了由腔室火灾到外壁面火蔓延再到上层建筑内部被引燃的“立体火蔓延”行为，比传统的外壁面火蔓延危害更大，造成了大量人员伤亡和财产损失，引起社会广泛而深刻的思考。2010年上海静安胶州路教师公寓住宅由于电焊工无证违规操作，致使周围易燃物被焊渣引燃，造成脚手架突发大火。最终遇难人数58人，受伤70余人。2009年中央电视台(CCTV)新址北配楼工地发生大火，火势有80米到100米高，火灾共造成1人死亡和7人受伤。类似的案例还有012广州荔湾区光复路光复大厦13楼一房子发生火灾，在受限空间发生火灾后，火焰通过窗户向建筑外立面的窗户溢出，对上层建筑造成了很大的破坏。另外，火灾的发生往往伴随着外界风的作用，高层建筑随竖直高度的增加风速将不断增大，在香港城区，海拔32m高度上风速约为3-8m/s，最大风速可超过40m/s。当风速范围为5-20m/s时，风速作用于建筑的风压将达到15-240Pa，而一般火焰产生的压差仅为5Pa。毫无疑问，外部环境风将会对火灾动力学、烟气蔓延及溢出火焰的热力学行为产生显著的影响，导致火灾发展特征不同于传统的无风条件下的研究。在强烈的外界环境风作用下，会加剧溢出火焰“由外入内”的过程，促进高层建筑立体火蔓延行为的发展，从而引发严重的火灾蔓延事故。同时，由于环境风的风向复杂多变，极易产生侧向风将火焰吹向邻层引起更为严重的蔓延。目前国内对于高层建筑立体火蔓延(溢出火焰由外入内)行为研究较少，尤其是针对复杂环境风作用下的立体火蔓延行为的研究几乎处于空白，科研人员对此缺乏相关的认识，工程人员及火灾现场扑救与应急调度急需相应的预测模型作为辅助决策支持。因此，研究高层建筑立体火蔓延行为，尤其在环境风作用下其立体火蔓延行为具有非常重要的意义。
技术实现思路
为了研究复杂环境风对高层建筑火灾立体火蔓延行为及火焰特征参数的影响，本技术提供一套可以研究环境风作用下高层建筑立体火蔓延行为的火灾模拟实验装置。本技术采用的技术方案如下：一种环境风作用下高层建筑立体火行为模拟实验装置，包括高层建筑模型、火源模拟装置、旋转平台、三维可移动式热电偶架和方向可调式风洞，其中：所述高层建筑模型为立方体壳状，外层为钢结构，内嵌陶瓷纤维板作为隔热材料，高层建筑模型共设有四个腔室，左下腔室为点火实验腔室，其余三腔室为火蔓延实验腔室，所有腔室均设有开口模拟建筑窗口，点火实验腔室开口为双层结构，外层为上下移动式防火卷帘，内层为左右推拉式防火板；火蔓延实验腔室开口设有凹槽并装有普通建筑用玻璃；高层建筑模型侧面设有高温玻璃观察窗，点火实验腔室背面设有温度测量孔、火蔓延实验腔室背面设有热流测量孔；所述火源模拟装置为三层结构，上部立方式框架为双层错位孔扩散层，下部锥形框架内填充细沙石和金属丝网，火源模拟装置设置在下层燃烧腔室底面中心位置，用专用气管连接到燃气钢瓶，并设有流量及气压控制装置；所述旋转平台为圆盘状，立设于圆形地面轨道上，其上方联接高层建筑模型，圆形地面轨道为齿条状，旋转平台底部设有与之啮合的齿轮，齿轮由传动轴驱动可实现绕平台中心的任意角度转动，旋转平台上设有角度刻度盘用以精确调节与风向夹角；所述三维可移动式热电偶架为组合式长方形框架，其中间横杆为外圆内方型钢管，两端联接螺丝紧固件固定在两侧立柱上，螺丝紧固件在立柱上的竖向位置可任意调节，中间横杆上设有可横向移动的陶瓷管支架，陶瓷管支架为可伸缩装置，长度范围为0.6-1.5m，热电偶可布置在开口外任意位置且数量可调，两侧立柱与中间横杆均设有刻度尺用以精确调节热电偶位置；所述方向可调式风洞为长方体通道，其截面为正方形，包括动力段、整流段、收缩段及实验段，动力由30kW离心式变速风机提供，并通过变频器调整频率控制风速，实验段设有风向调节装置及测速系统，风向调节装置由一系列可统一上下转动的调节板构成。本技术与现有技术相比的优点在于：本技术首次建立了一套研究复杂环境风对高层建筑立体火蔓延行为及火焰特征参数模拟实验装置，风向、风速调节系统安全便捷、数值精确，实验装置包括室内外温度、热流计等特征参数测量系统、室内火灾现象观察系统。本技术的有益技术效果体现在以下几个方面：(1)高层建筑立体火蔓延模拟方面，高层建筑模型点火实验腔室开口为双层结构，宽高尺寸调节方便，可研究开口尺度对立体火蔓延的影响机制，高层建筑模型侧面安装有高温玻璃，可方便观察下层点火实验层火灾增长、火焰溢出及上层火蔓延实验层的引燃、着火等高层建筑立体火蔓延完整过程；(2)在环境风模拟方面，采用30kW离心式变速发动机可提供稳定连续的环境风，其风速波动小于2％，实验段设有风向调节装置，配合旋转平台，可以模拟实际情况下任意方向、风速(0-15m/s)的复杂环境风，能够真实地模拟复杂环境风作用下建筑火灾(室内火灾、外壁面蔓延、上层或邻层起火)发展的完整过程，可用于分析研究环境风对高层建筑立体火行为的影响机制；(3)在火源模拟方面，由双层错位多孔扩散层连接锥形渐缩管构成，锥形渐缩管内部填充金属丝网和细沙石，可充分地降低气体流速并能很好地使气体均匀分布在燃烧器平面上，从而实现了真实地模拟建筑内部起火的现象，其下部由气管连接到燃气瓶，气管上连接有压力表及流量控制装置，满足方便调节与安全实验的需求；(4)在火焰特征参数测量方面，三维可移动式热电偶架使得热电偶在三个方向上任意移动且其数量可任意设置，可以测量溢出火焰在竖向、径向及开口两侧方向的三维温度场，高层建筑模型设有多功能测量孔洞，可测量室内温度、压力分布；高层建筑模型上层开口面设有壁面辐射与热流测量装置，测量装置位置可任意布置，便于研究溢出火焰对上层建筑立体火蔓延的影响机制。附图说明图1为本技术结构示意图；图2为高层建筑模型结构示意图；图3为模拟建筑开口结构示意图；图4为旋转平台结构示意图，其中，图4(a)为整体示意图，图4(b)为局部放大图；图5为火源模拟装置结构示意图，其中，图5(a)为立体模型图，图5(b)为分层示意图；图6为三维可移动式热电偶架结构示意图，其中，图6(a)为整体示意图，图6(b)为局部放大图。图中附图标记含义为：1为高层建筑模型，2为旋转平台，3为三维可移动式热电偶架，4为方向可调式风洞，5为离心式风机，7为风向调节装置，8为点火实验腔室，9为火蔓延实验腔室，10为玻璃窗，11为防火卷帘，12为防火板，13为凹槽，14为建筑玻璃，15为火源模拟装置，16为温度与压力测量孔洞，17为热流测量装置，18为圆形地面轨道，19为齿轮，20为传动轴，21为角度刻度盘，22为双层错位孔扩散层，23为锥形渐扩管，24为金属丝网，25为细沙石，26为外圆内方横杆，27为立柱，28为刻度尺，29为螺丝紧固件，30为陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环境风作用下高层建筑立体火蔓延模拟实验装置，其特征在于：包括高层建筑模型、火源模拟装置、旋转平台、三维可移动式热电偶架和方向可调式风洞，其中：所述高层建筑模型为立方体壳状，外层为钢结构，内嵌陶瓷纤维板作为隔热材料，高层建筑模型共设有四个腔室，左下腔室为点火实验腔室，其余三腔室为火蔓延实验腔室，所有腔室均设有开口模拟建筑窗口，点火实验腔室开口为双层结构，外层为上下移动式防火卷帘，内层为左右推拉式防火板；火蔓延实验腔室开口设有凹槽并装有普通建筑用玻璃；高层建筑模型侧面设有高温玻璃观察窗，点火实验腔室背面设有温度测量孔、火蔓延实验腔室背面设有热流测量孔；所述火源模拟装置为三层结构，上部立方式框架为双层错位孔扩散层，下部锥形框架内填充细沙石和金属丝网，火源模拟装置设置在下层燃烧腔室底面中心位置，用专用气管连接到燃气钢瓶，并设有流量及气压控制装置；所述旋转平台为圆盘状，立设于圆形地面轨道上，其上方联接高层建筑模型，圆形地面轨道为齿条状，旋转平台底部设有与之啮合的齿轮，齿轮由传动轴驱动可实现绕平台中心的任意角度转动，旋转平台上设有角度刻度盘用以精确调节与风向夹角；所述三维可移动式热电偶架为组合式长方形框架，其中间横杆为外圆内方型钢管，两端联接螺丝紧固件固定在两侧立柱上，螺丝紧固件在立柱上的竖向位置可任意调节，中间横杆上设有可横向移动的陶瓷管支架，陶瓷管支架为可伸缩装置，长度范围为0.6‑1.5m，热电偶可布置在开口外任意位置且数量可调，两侧立柱与中间横杆均设有刻度尺用以精确调节热电偶位置；所述方向可调式风洞为长方体通道，其截面为正方形，包括动力段、整流段、收缩段及实验段，动力由30kW离心式变速风机提供，并通过变频器调整频率控制风速，实验段设有风向调节装置及测速系统，风向调节装置由一系列可统一上下转动的调节板构成。...

【技术特征摘要】
1.一种环境风作用下高层建筑立体火蔓延模拟实验装置，其特征在于：包括高层建筑模型、火源模拟装置、旋转平台、三维可移动式热电偶架和方向可调式风洞，其中：所述高层建筑模型为立方体壳状，外层为钢结构，内嵌陶瓷纤维板作为隔热材料，高层建筑模型共设有四个腔室，左下腔室为点火实验腔室，其余三腔室为火蔓延实验腔室，所有腔室均设有开口模拟建筑窗口，点火实验腔室开口为双层结构，外层为上下移动式防火卷帘，内层为左右推拉式防火板；火蔓延实验腔室开口设有凹槽并装有普通建筑用玻璃；高层建筑模型侧面设有高温玻璃观察窗，点火实验腔室背面设有温度测量孔、火蔓延实验腔室背面设有热流测量孔；所述火源模拟装置为三层结构，上部立方式框架为双层错位孔扩散层，下部锥形框架内填充细沙石和金属丝网，火源模拟装置设置在下层燃烧腔室底面中心位置，用专用气管连接到燃气钢瓶，并设有流量及气压控制装置；所述旋转平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：任飞，胡隆华，孙协鹏，邝辰，陆勇，尚峰举，张晓磊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34