多层隧道火灾实验测试平台与方法技术

本发明专利技术提供多层隧道火灾实验测试平台与方法，能够全面还原火灾场景、便于量化不同火灾场景和排烟模式下排烟性能指标。平台包括：隧道模型部；火源模拟部；纵向通风排烟模拟部，用于模拟隧道内纵向通风排烟；顶部重点排烟模拟部，用于模拟隧道内顶部排烟；侧部重点排烟模拟部，用于模拟隧道内侧部排烟；支管重点排烟模拟部，用于模拟隧道内支管排烟；外排处理部，对各排烟方式排出的烟气进行收集和处理；气流监测部，包含：实时监测隧道内风速分布的车道监测单元，和实时监测烟道内风速和风压变化的烟道监测单元；温度监测部，实时监测隧道内温度场变化，以及质量监测部，设置在火源实验架上，实时监测火源发生器中燃料的质量变化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
多层隧道火灾实验测试平台与方法


[0001]本专利技术属于消防安全
，具体涉及多层隧道火灾实验测试平台与方法。

技术介绍

[0002]隧道是人们为了发展交通运输或布设某类物品而挖掘的狭长地下可用空间。隧道可以在很大程度上缩短行车距离，节省旅客的时间和提高货运效率，极大地增加交通运输的便捷性。多层隧道因其空间利用率高而得到越来越多的应用，但同时多层隧道交通量更大，管线设施更加复杂，特别是电动汽车的普及，使得隧道内的火灾荷载增多，多层隧道存在更大的火灾安全隐患。
[0003]目前多层(至少两层)隧道火灾与烟气特性规律及其防控技术的研究较少，相对于单层隧道，多层隧道的构造以及断面形式更加复杂，火灾与烟气的演化规律更为复杂，灭火救援更加困难。由于工程中开展现场实验限制条件太多，耗资也大，很难获得大量实验数据，无法精准地掌握隧道火灾中烟气、温度、流速以及能见度等影响人员安全疏散的参数的演变规律；火灾可能发生在隧道中的各个位置，与排烟口的相对位置多种多样，目前的隧道火灾实验针对上述情况的研究不够系统全面。同时现有的隧道模型实验平台无法同时实现不同通风排烟方式的实验测试，因此亟需开发多功能的隧道实验平台。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供多层隧道火灾实验测试平台与方法，可操作性强、能够全面还原火灾场景、便于量化不同火灾场景和排烟模式下排烟性能指标、精确度高、可靠性强。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术采用了以下方案：
[0006]<平台>
[0007]本专利技术提供多层隧道火灾实验测试平台，其特征在于，包括：
[0008]隧道模型部，包含：用于模拟多层隧道的多层车道，和用于模拟隧道外壁、围绕车道长度方向上的两侧壁及顶壁、且间隔一定距离设置的弧形外壁；
[0009]火源模拟部，包含两个火源模拟单元，分别设置在每层车道上，用于模拟火源；每个火源模拟单元均包含：火源发生器，承托安装火源发生器且空间位置可调的火源实验架；
[0010]纵向通风排烟模拟部，用于模拟隧道内纵向通风排烟，包含：设置在隧道模型部一端、向车道内送风、且风速可调的变频轴流送风单元，设置在变频轴流送风单元送风口侧和各层车道入口之间、可独立调节出风面积的多个风口遮挡板，和分别设置在多个风口遮挡板前侧用于整流的多个整流网；
[0011]顶部重点排烟模拟部，用于模拟隧道内顶部排烟，包含：形成在顶层车道的顶壁上的至少一个顶部排烟口，由弧形外壁与顶层车道的顶壁围成的顶部排烟通道，和与顶部排烟通道相连通的顶部排烟风机；
[0012]侧部重点排烟模拟部，用于模拟隧道内侧部排烟，包含：形成在每层车道的侧壁上
的侧部排烟口，由弧形外壁与多层车道的侧壁围成的侧部排烟通道，和与侧部排烟通道相连通的侧部排烟风机；
[0013]支管重点排烟模拟部，用于模拟隧道内支管排烟，包含：分别从每层车道的侧壁延伸至顶部排烟道、并与车道和顶部排烟道相连通的多个排烟支管；
[0014]外排处理部，对各排烟方式排出的烟气进行收集和处理；
[0015]气流监测部，包含：实时监测隧道内风速分布的车道监测单元，和实时监测烟道内风速和风压变化的烟道监测单元；车道监测单元包含设置在每层车道沿线的前端、中部和后端区段的多个耐高温热线风速传感器，测风区段的横截面上均匀布置多个风速测点，其中应包括截面中心点测点；烟道监测单元包含设置在顶部烟道和侧部烟道中的多个烟道探测器，烟道探测器的位置应位于两个排烟口之间区段；
[0016]温度监测部，实时监测隧道内温度场的变化，包含：多棵设置在每层车道内、实时监测不同高度、不同纵向位置处的温度的热电偶树，热电偶布置密度应与距火源距离成反比；以及
[0017]质量监测部，设置在火源实验架上，实时监测火源发生器使燃料燃烧后燃料的质量变化。
[0018]优选地，本专利技术提供的多层隧道火灾实验测试平台，还可以包括：临界安全高度计算部，基于实验获取的数据，计算相应排烟方式下临界安全高度；纵向通风排烟、支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟这四种排烟方式的临界安全高度计算公式如下：
[0019][0020]式中，α
纵向
、β
纵向
、λ
纵向
、γ
纵向
，α
支管
、β
支管
、λ
支管
、γ
支管
，α
侧部
、β
侧部
、λ
侧部
、γ
侧部
，α
顶部
、β
顶部
、λ
顶部
、γ
顶部
分别是纵向通风排烟、支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟时竖向温度数据拟合得到的系数；H
纵向
、H
支管
、H
侧部
、H
顶部
分别是四种排烟方式下的临界安全高度；T
临界
为安全疏散条件下的临界安全温度；只有纵向通风排烟时，顶部排烟口不打开，烟气从车道的另一端溢出后进入集烟罩中；
[0021]比较判断部，对比不同排烟方式下的临界安全高度，确定优化的排烟策略；临界安全高度越大说明该种排烟方式下的烟气控制效果越好。
[0022]优选地，本专利技术提供的多层隧道火灾实验测试平台，在临界安全高度计算部中，对于纵向通风排烟与任意重点排烟方式进行组合排烟的情况，采用如下公式计算组合排烟的临界安全高度H
组合
：
[0023][0024]Q
s
‑
重点排烟
＝W*L
0hi
*(H
‑
H0)
‑
W*L
重点排烟
*(H
‑
H
重点排烟
)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0025][0026]式中，Q
s
‑
重点排烟
表示支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟方式下排出的烟气量，W为隧道宽度，H为隧道高度，L
重点排烟
、H
重点排烟
分别是重点排烟方式下的烟气蔓延距离和临界安全高度；H
组合
表示纵向通风排烟和重点排烟的组合方式下的临界安全高度；H0表示无排烟时的临界安全高度；α0和β0是无排烟时竖向温度数据拟合得到的系数；L
0hi
是无排烟方式下烟气蔓延距离；
[0027]当采用组合通风排烟方式时，比较判断部通过比较不同组合情况下的临界安全高度，针对不同的应急救援需求，确定最优化的隧道火灾控制策略。
[0028]优选地，本专利技术提供的多层隧道火灾实验测试平台，还可以包括：蔓延距离计算部，基于实验获取的数据，计算相应排烟方式下烟气蔓延距离；纵向通风排烟、支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟这四种排烟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多层隧道火灾实验测试平台，其特征在于，包括：隧道模型部，包含：对应模拟高度方向上排列的隧道的每一层的多层车道，和用于模拟隧道外壁、围绕车道长度方向上的两侧壁及顶壁、且间隔一定距离设置的弧形外壁；火源模拟部，包含多个火源模拟单元，分别设置在每层所述车道上，用于模拟火源；每个所述火源模拟单元均包含：火源发生器，承托安装所述火源发生器且空间位置可调的火源实验架；纵向通风排烟模拟部，用于模拟隧道内纵向通风排烟，包含：设置在所述隧道模型部一端、向车道内送风、且风速可调的变频轴流送风单元，设置在所述变频轴流送风单元送风口侧和各层所述车道的入口之间、可独立调节出风面积的多个风口遮挡板，和分别设置在所述多个风口遮挡板前侧用于整流的多个整流网；顶部重点排烟模拟部，用于模拟隧道内顶部排烟，包含：形成在顶层车道的顶壁上的至少一个顶部排烟口，由所述弧形外壁与所述顶层车道的顶壁围成的顶部排烟通道，和与所述顶部排烟通道相连通的顶部排烟风机；侧部重点排烟模拟部，用于模拟隧道内侧部排烟，包含：形成在每层所述车道的侧壁上的侧部排烟口，由所述弧形外壁与所述多层车道的侧壁围成的侧部排烟通道，和与所述侧部排烟通道相连通的侧部排烟风机；支管重点排烟模拟部，用于模拟隧道内支管排烟，包含：分别从所述车道的侧壁延伸至所述顶部排烟道、并与所述车道和所述顶部排烟道相连通的多个排烟支管；外排处理部，对各排烟方式排出的烟气进行收集和处理；气流监测部，包含：实时监测隧道内风速分布的车道监测单元，和实时监测烟道内风速和风压变化的烟道监测单元；车道监测单元包含设置在每层车道沿线的前端、中部和后端区段的多个耐高温热线风速传感器，测风区段的横截面上均匀布置多个风速测点，其中应包括截面中心点测点；烟道监测单元包含设置在所述顶部烟道和所述侧部烟道中的多个烟道探测器，所述烟道探测器的位置应位于两个排烟口之间区段；温度监测部，实时监测隧道内温度场的变化，包含：多棵设置在每层车道内、实时监测不同高度、不同纵向位置处的温度的热电偶树，热电偶布置密度应与距火源距离成反比；以及质量监测部，设置在火源实验架上，实时监测火源发生器使燃料燃烧后燃料的质量变化。2.根据权利要求1所述的多层隧道火灾实验测试平台，其特征在于，还包括：临界安全高度计算部，基于实验获取的数据，计算相应排烟方式下临界安全高度；纵向通风排烟、支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟这四种排烟方式的临界安全高度计算公式如下：
式中，α
纵向
、β
纵向
、λ
纵向
、γ
纵向
，a
支管
、β
支管
、λ
支管
、γ
支管
，α
侧部
、β
侧部
、λ
侧部
、γ
侧部
，α
顶部
、β
顶部
、λ
顶部
、γ
顶部
分别是纵向通风排烟、支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟时竖向温度数据拟合得到的系数；H
纵向
、H
支管
、H
侧部
、H
顶部
分别是四种排烟方式下的临界安全高度；T
临界
为安全疏散条件下的临界安全温度；只有纵向通风排烟时，所述顶部排烟口不打开，烟气从所述车道的另一端溢出后进入集烟罩中；比较判断部，对比不同排烟方式下的临界安全高度，确定优化的排烟策略；临界安全高度越大说明该种排烟方式下的烟气控制效果越好。3.根据权利要求2所述的多层隧道火灾实验测试平台，其特征在于：其中，在所述临界安全高度计算部中，对于纵向通风排烟与任意重点排烟方式进行组合排烟的情况，采用如下公式计算组合排烟的临界安全高度H
组合
：Q
s
‑
重点排烟
＝W*L
0hi
*(H
‑
H0)
‑
W*L
重点排烟
*(H
‑
H
重点排烟
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，Q
s
‑
重点排烟
表示支管重点排烟、侧部重点排烟和顶部重点排烟方式下排出的烟气量，W为隧道宽度，H为隧道高度，L
重点排烟
、H
重点排烟
分别是重点排烟方式下的烟气蔓延距离和临界安全高度；H
组合
表示纵向通风排烟和重点排烟的组合方式下的临界安全高度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王湛，唐智，方正，牟馀鲲，朱润喆，汪晖，李琴文，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：