一種狹長受限空間的火災實驗模擬裝置的製作方法

2023-05-10 10:17:16

專利名稱：一種狹長受限空間的火災實驗模擬裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於火災安全實驗設備技術領域，具體涉及一種狹長受限空間內火災蔓延和轟燃演變機理的實驗模擬裝置。
背景技術：
近年來，隨著世界經濟的快速發展和城市化進程的不斷加快，很多國家已經把地下空間的開發利用作為解決城市土地、人口和環境危機、節約資源、走可持續城市化發展道路的重要措施。然而相比地面建築，地下空間有著諸多安全隱患空間相對狹小、人員安全出口數量少、自然通風條件差、難以實現天然採光等。因此，當地下空間內部產生災害時，所造成的危害將遠遠超過地面同類災害。而地下空間內火災事故又幾乎佔了總數的1/3，是地下空間中發生災害次數最多，損失最為嚴重的一種災害。地下空間屬於典型的受限空間建築，一般分為狹長的坑道式建築和大空間的容積式建築。其中，坑道式建築又稱為地下狹長受限空間。而火災根據其發生地點的空間特性， 可以分為開放空間的火災和受限空間的火災。受限空間火災有一個典型的發展過程，即突躍過程，往往被稱為轟燃現象。轟燃發生時，火災向整個空間快速蔓延，使得整個腔室或受限空間陷於火海，所有可燃物表面都開始燃燒；室內燃燒由燃料控制向通風控制轉變；在室內頂棚下方積聚的未燃氣體或蒸汽突然著火而造成火焰迅速擴散。轟燃往往是造成嚴重群死群傷的重要原因。轟燃作為火災發展過程中強度迅速增大的一個演變過程，是火災科學和消防工程中備受關注的重要現象。然而，地下狹長空間由於其結構的特殊性，火災的發展和轟燃的演化規律不同與普通的受限空間，前人的研究中多針對長寬比相當的普通腔室開展轟燃研究，而針對地下狹長受限空間的轟燃研究並不多見。Thomas和Bennetts分別利用1. 5mX0. 6mX0. 6m和8 mX2mX0.6 m的小尺度狹長空間實驗臺模擬了轟燃過程，並比較了不同開口位置對竄出的火焰溫度的影響。德國的研究機構STUVA對城市公路隧道、軌道交通隧道的防火保護進行了研究，在實驗中發現地下狹長空間內的重型貨車火災會在7至10分鐘內達到轟燃狀態。 Chow教授等人對巴士引發的狹長受限空間火災中的轟燃現象進行了理論研究，基於雙區域模型推到了經驗公式。然而，地下狹長空間由於其建築結構和功能的特殊性，使得以往的理論模型、實驗數據和數值計算的結果仍然不能夠充分解釋和分析其火災過程中的轟燃現象，因此開展地下狹長受限空間的火災發展過程和轟燃演化機理的研究是有重要意義的。

發明內容
本發明的目的是提供一種狹長受限空間的火災實驗模擬裝置，以便於研究狹長受限空間內火災蔓延和轟燃演變的機理。本發明採取以下技術方案一種狹長受限空間的火災實驗模擬裝置，包括
模擬倉，其為長方體形；所述模擬倉的長寬比為10、1，長高比為1(Γ8:1 ；模擬倉的長和寬所在的兩個面中，一個為頂面，另一個為底面；模擬倉的長和高所在的兩個面為模擬倉的側面，模擬倉的寬和高所在的兩個面為模擬倉的端面；所述模擬倉的頂面設置有多個排煙口，所述模擬倉底面的一端部設置了火發生裝置；
第一熱電偶單元，其設置在所述模擬倉的一個側面上，包括在靠近所述側面頂端的位置沿模擬倉的長度方向水平排列的多根熱電偶，該多根熱電偶中靠近火發生裝置的一部分構成近火端熱電偶組，其餘部分構成遠火端熱電偶組，且所述近火端熱電偶組的熱電偶排列比遠火端熱電偶組的熱電偶排列更緊密；
第二熱電偶單元，其與所述第一熱電偶單元設置在同一個側面上，包括沿模擬倉的高度方向豎直排列的多根熱電偶，該多根熱電偶的排列從上到下逐漸疏鬆；所述第二熱電偶單元有多個，該多個第二熱電偶單元在模擬倉的長度方向上均勻分布；
集煙系統，包括多條與所述排煙口相連通的集煙管和一個與所述模擬倉的相距所述火發生裝置較遠的端面相連通的集煙罩；
計算機控制系統，其包括用於採集模擬倉中的溫度和煙氣信息的信息採集模塊，以及用於對所採集的溫度和煙氣信息進行分析的數據分析模塊。優選地，所述模擬倉的倉壁由鋼質外壁和貼設於所述鋼製外壁內側的石英內壁構成。進一步地，所述鋼製外壁的厚度與所述石英內壁厚度的比值為1:5 10。優選地，所述近火端熱電偶組與所述遠火端熱電偶組在模擬倉的長度方向上所佔的距離比值為1:2、。優選地，所述模擬倉的與所述第一熱電偶單元和第二熱電偶單元所在側面相對的側面上設置了多個用防火玻璃製成的觀察窗。優選地，所述模擬倉的兩個端面均設置了端蓋。優選地，所述火災實驗模擬裝置還包括設置在模擬倉底部、用於支撐所述模擬倉的多個支撐腿。進一步地，為便於移動本發明裝置，在所述支撐腿的底部安裝了輪滑機構。通過以上技術方案的實施，使本發明與現有技術相比具有如下優點
本發明首次建立了一套研究地下狹長受限空間轟燃機理的火災實驗模擬裝置，該裝置具有完備的溫度測量系統和集煙系統，結構設置合理，實驗準確性高。


下面結合附圖和具體的實施方式對本發明做進一步詳細的說明 圖1為本發明裝置的整體結構示意圖2為本發明裝置的俯視結構示意圖； 圖3為本發明裝置框壁的截面剖視示意圖； 圖4為本發明裝置的熱電偶整體排布示意圖； 圖5為本發明裝置的熱電偶縱向排布示意其中1、模擬倉；2、排煙口 ；3、火發生裝置；4、第二熱電偶單元；5、近火端熱電偶組；6、遠火端熱電偶組；7、集煙罩；8、觀察窗；9、端蓋；10、鋼製外壁；11、石英內壁；12、支撐腿。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明，但不限於這些實施例。 實施例參見圖1至5，本實施例的火災實驗模擬裝置主要是用於在10 1的小尺寸空間中研究轟燃的發生、發展規律，以及影響轟燃的條件，具體包括
模擬倉1，其為長方體形；所述模擬倉1的長寬比和長高比均為10:1，具體地，長為5 米，寬和高為0. 5米；模擬倉1的長和寬所在的兩個面中，一個為頂面，另一個為底面；模擬倉1的長和高所在的兩個面為側面，模擬倉1的寬和高所在的兩個面為端面；其中，模擬倉 1在頂面設置有4個在模擬倉1的長度方向上均勻分布的排煙口 2，且排煙口 2可以根據實驗設計的需要手動開啟或關閉；另外，模擬倉1在底面的一端部設置了火發生裝置3 ；
第一熱電偶單元，其設置在模擬倉1的一個側面上，包括在靠近所述側面頂端的位置沿模擬倉1的長度方向水平排列的多根熱電偶，該多根熱電偶中靠近火發生裝置3的一部分構成近火端熱電偶組5，其餘部分構成遠火端熱電偶組6，且所述近火端熱電偶組5的熱電偶排列比遠火端熱電偶組6的熱電偶排列更緊密；
第二熱電偶單元4，其與第一熱電偶單元設置在同一個側面上，包括沿模擬倉1的高度方向豎直排列的多根熱電偶，該多根熱電偶的排列從上到下逐漸疏鬆；本實施例中，第二熱電偶單元4設置了五個，且該五個第二熱電偶單元4在模擬倉1的長度方向上均勻分布；
集煙系統，包括多條與所述排煙口 2相連通的集煙管和一個與所述模擬倉1的相距所述火發生裝置3較遠的端面相連通的集煙罩7 ；
計算機控制系統，其包括用於採集模擬倉1中的溫度和煙氣信息的信息採集模塊，以及用於對所採集的溫度和煙氣信息進行分析的數據分析模塊。如圖3所示，本實施例的模擬倉1的倉壁由鋼質外壁10和貼設於所述鋼製外壁10 內側的石英內壁11構成，具體地，鋼質外壁10是厚4mm的鋼板，石英內壁11是厚30mm的石英板(即矽酸鋁板)。參見圖4，本實施例中，第一熱電偶單元的近火端熱電偶組5由6根彼此間隔距離相等的熱電偶構成，遠火端熱電偶組6由9根彼此間隔距離相等的熱電偶組成，且近火端熱電偶組5與遠火端熱電偶組6在模擬倉1的長度方向上所佔的距離比值約為1:3，由此也可看出近火端熱電偶組5的熱電偶排列比遠火端熱電偶組6的熱電偶排列更緊密。參見圖 5，本實施例的第二熱電偶單元4由從上到下逐漸疏鬆排列的5根熱電偶構成；具體地，Ii1是第一熱電偶單元到模擬倉1頂面的距離，為4cm ；h2、h3、h4、h5和h6分別是第二熱電偶單元的5根熱電偶到模擬倉1頂面的距離，依次為8cm、12. 5cm、19cm、25cm和37. 5cm。另外，模擬倉1在與所述第一熱電偶單元和第二熱電偶單元所在側面相對的側面上設置了 3個用耐1100°C高溫的防火玻璃製成的觀察窗8，三個觀察窗8均勻分布，且模擬倉1還在兩個端面處均設置可以上下抽移的端蓋9 (圖1和圖5)。同時，模擬倉1底部還設置了用於支撐模擬倉1的多個支撐腿12，且為了方便移動該裝置，支撐腿12底部還安裝有輪滑機構。使用本實施例裝置進行模擬火災實驗時，按如下步驟操作
①、檢查裝置的各個部件和線路連接狀態，確保裝置測量無誤；
②、根據實驗設計使集煙管與指定排煙口相通，使集煙罩與模擬倉的一端面相通；
③、開啟集煙系統，按實驗設計固定風速；
④、啟動計算機控制系統，採集熱電偶傳遞的溫度信息和集煙系統傳遞的煙氣信息；
⑤、使火發生裝置起火，同時關閉近火端的端蓋；
⑥、燃料燃盡後或燃燒到達設定時間後火源斷絕，關閉計算機控制系統，實驗結束。本實施例的火災實驗模擬裝置可以得到裝置內部的溫度分布信息，以研究轟燃反生的過程和臨界條件等，同時還可以得到煙氣中CO2和CO、O2等的濃度信息，進而可研究火源的燃燒效率。火發生裝置可以選用任意已知的多種起火裝置。本實施例中，一種火發生裝置的結構為包括置於模擬倉內的油盤、從模擬倉底面穿過用於支撐油盤的支撐架和位於所述模擬倉下方的稱重天平，支撐架即放置在該稱重天平上。這種火發生裝置起火後，染料油隨著燃燒逐漸減少，火源的火勢也會逐漸變小。另一種火發生裝置包括一個可以不斷給模擬倉內的油盤供油的供油機構，這種火發生裝置起火後，染料油不會隨著燃燒進行而減少，因此火源可以始終保持有火狀態。因此，本實施例裝置還可以和多種不同火發生裝置相配合使用，便於研究人員研究不同火源在此種尺寸空間內的火災蔓延和轟然現象。以上對本發明做了詳盡的描述，其目的在於讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種狹長受限空間的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述的火災實驗模擬裝置包括模擬倉(1)，其為長方體形；所述模擬倉(1)的長寬比為1(Γ8:1，長高比為1(Γ8:1 ；模擬倉(1)的長和寬所在的兩個面中，一個為頂面，另一個為底面；模擬倉(1)的長和高所在的兩個面為模擬倉(1)的側面，模擬倉(1)的寬和高所在的兩個面為模擬倉(1)的端面；所述模擬倉(1)的頂面設置有多個排煙口( 2 )，所述模擬倉(1)底面的一端部設置了火發生裝置(3)；第一熱電偶單元，其設置在所述模擬倉(1)的一個側面上，包括在靠近所述側面頂端的位置沿所述模擬倉(1)的長度方向水平排列的多根熱電偶，該多根熱電偶中靠近火發生裝置(3)的一部分構成近火端熱電偶組(5)，其餘部分構成遠火端熱電偶組(6)，且所述近火端熱電偶組(5)的熱電偶排列比遠火端熱電偶組(6)的熱電偶排列更緊密；第二熱電偶單元(4)，其與所述第一熱電偶單元設置在同一個側面上，包括沿所述模擬倉(1)的高度方向豎直排列的多根熱電偶，該多根熱電偶的排列從上到下逐漸疏鬆；所述第二熱電偶單元(4)有多個，該多個第二熱電偶單元(4)在所述模擬倉(1)的長度方向上均勻分布；集煙系統，包括多條與所述排煙口(2)相連通的集煙管和一個與所述模擬倉(1)的相距所述火發生裝置(3)較遠的端面相連通的集煙罩(7)；計算機控制系統，其包括用於採集模擬倉(1)中的溫度和煙氣信息的信息採集模塊，以及用於對所採集的溫度和煙氣信息進行分析的數據分析模塊。
2.根據權利要求1所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述模擬倉(1)的倉壁由鋼質外壁(10 )和貼設於所述鋼製外壁(10 )內側的石英內壁(11)構成。
3.根據權利要求2所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述鋼製外壁(10)的厚度與所述石英內壁(11)厚度的比值為1 5 10。
4.根據權利要求1所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述近火端熱電偶組(5)與所述遠火端熱電偶組(6)在所述模擬倉(1)的長度方向上所佔的距離比值為1:2 4。
5.根據權利要求1所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述模擬倉(1)的與所述第一熱電偶單元和第二熱電偶單元所在側面相對的側面上設置了多個用防火玻璃製成的觀察窗(8)。
6.根據權利要求1所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述模擬倉(1)的兩個端面均設置了端蓋(9)。
7.根據權利要求1所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述火災實驗模擬裝置還包括設置在所述模擬倉(1)底部、用於支撐所述模擬倉(1)的多個支撐腿(12)。
8.根據權利要求7所述的火災實驗模擬裝置，其特徵在於所述支撐腿(12)底部安裝有輪滑機構。
全文摘要
本發明涉及一種狹長受限空間的火災實驗模擬裝置，包括長寬比和長高比均為10~8:1且底面的一端部設有火發生裝置的模擬倉、設置在模擬倉一側面上的第一和第二熱電偶單元、集煙系統，以及用於採集模擬倉中的溫度和煙氣信息並進行數據分析的計算機控制系統；其中，第一熱電偶單元包括在靠近倉頂的位置沿模擬倉的長度方向水平排列的多根熱電偶，第二熱電偶單元包括沿模擬倉的高度方向從上到下逐漸疏鬆排列的多根熱電偶。本發明首次建立了一套研究地下狹長受限空間轟燃機理的火災實驗模擬裝置，該裝置具有完備的溫度測量系統和集煙系統，結構設置合理，實驗準確性高。
文檔編號G01K7/02GK102385812SQ20111037060
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者宗若雯 申請人:中國科學技術大學蘇州研究院