用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，该系统用盐水在清水中的运动和扩散来模拟烟气在空气中的蔓延和热量传递，该系统包括模拟室外自然补风环境的实验清水箱、置于实验清水箱中模拟高大建筑空间的模型、通过盐水注入管与模型连接的盐水高位水箱、通过模型清水注入管与模型连接的清水高位水箱、与盐水高位水箱连接的储盐水箱、与清水高位水箱连接的储清水箱、连接在模型下端的模型排水管、同时与模型排水管连接的太阳能蒸发浓缩器及排水箱。与现有技术相比，本实用新型的系统结构简单，易于制造，可对不同的空间通风及排烟效果进行实验模拟，且模拟准确度更高，排水可回收利用。
【专利说明】用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通风与防排烟领域，尤其是涉及一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，用于为高大空间通风及防排烟设计提供实验依据。
【背景技术】
[0002]随着建筑技术的进步与人民生活水平的提高，建筑物不断向高、大、功能多样化发展。现代建筑物为满足日益增长的人民对于生活品质的追求，建筑物内不断涌现各类中庭等高大空间，给建筑物的通风及防排烟带来很大压力。
[0003]现行《建筑设计防火规范》GB50016中对中庭等高大空间的机械排烟量的规定还只是停留在按照体积取换气次数考虑；没有考虑可能发生的火灾的火源特性及高大空间本身的特点。
[0004]但是在例如商场、影院、体育场、厂房、交通枢纽站等大空间建筑中，人员密度较大，发生火灾时，伤亡者中大多是由于吸入烟气中毒所至或中毒后晕厥被火烧死。因此，为了保证火灾中人员在烟气曼延前有安全的疏散通道和足够的疏散时间，需要了解烟气的扩散过程、各种排烟方法对烟气扩散规律的影响和烟气扩散对室内气流运动的影响，以便确定有效的控制火灾烟气扩散的方法和组织人员疏散的方式。
[0005]烟气扩散及防排烟技术的研究与应用的途径有全尺寸火灾试验、小尺寸模拟试验和计算机数值模拟。其中，CFD模拟基于控制方程的抽象化和边界条件简化，在缺乏实验验证的情况下，往往难以确定计算结果的准确性。盐水模拟试验是一种真实直观、节省费用的清洁环境的烟气运动研究方法，属于小尺度模拟试验，其特点是不同介质的模拟，其基本思想是用盐水在清水中的运动和扩散来模拟烟气在空气中的蔓延和热量传递。
[0006]高大建筑中庭内高火源强度引发的热烟气，受到浮力作用，形成烟气羽流和水平分层流；盐水在清水中的运动，在重力作用下形成重力流，两者运动的控制方程具有相似性。因此，可以采用缩尺模型试验，使盐水在重力驱动下的向下运动模拟烟气有浮力驱动的向上运动，用盐水和清水产生的密度差来模拟实际高大中庭内火灾发生时的烟气的运动和扩散过程，周围的冷空气环境由清水代替，盐水向下运动遇到底面后的流动模拟烟气到达中庭顶部后的流动。如果已知模型和实体建筑中相应变量的比例,就可以通过模型试验来预测实际建筑内的温度场合烟气扩散过程。
[0007]盐水模型试验的基本理论可以用热量和质量传递的比拟来概括，及空气中热分层浮力流动用清水中密度差流动来模拟。盐水密度大于清水，热源温度高于环境空气，只要两者的控制方程一致，两种运动就可能实现相似。高大中庭空间流动由火源散热驱动烟羽流向上部扩散，并通过排烟风机排出；室外空气通过补风风机和自然进风进入室内补充烟羽流的体积膨胀。盐水模型试验则将空间缩小到一定尺度，以高浓度盐水缓慢注入到清水中来模拟火源。盐水羽流密度大于清水，因而向下运动。
[0008]中庭火灾的烟气扩散实质上是下部火源驱动下的自然对流，可采用以下特征量:(I)特征高度为空间高度Hm和Hf ； (2)特征速度(根据火源和盐源浮力通量驱动)为Um= (Bm / Hm)1/3 和 Uf= (Bf / Hf)1/3 ； (3)特征时间为 Hm / ujHf/uf。
[0009]经过无因次化处理，建筑中庭烟气扩散对流流动的控制方程(不可压缩)为:
【权利要求】
1.一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，用于模拟不同火灾强度下、不同排烟风量的排烟效果，其特征在于，该系统包括: 实验清水箱(5):模拟室外自然补风环境； 模型(6):置于实验清水箱(5)中，模拟高大建筑空间； 盐水高位水箱(3):通过盐水注入管(4)与模型(6)连接； 清水高位水箱(14):通过模型清水注入管(16)与模型(6)连接，同时与实验清水箱(5)之间通过清水箱清水注入管(15)连接； 储盐水箱(1):与盐水高位水箱(3)连接，向盐水高位水箱(3)泵入盐水； 储清水箱(12):与清水高位水箱(14)连接，向清水高位水箱(14)泵入清水； 模型排水管(7):连接在模型(6)的下端； 太阳能蒸发浓缩器(9):进口端与模型排水管(7)连接，出口端与储盐水箱(1)连接； 排水箱(11):与模型排水管(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，其特征在于，所述的储盐水箱(1)与盐水高位水箱(3)之间通过盐水提升管(18)连接，盐水提升管(18)上设有第一盐水泵(2);所述的储清水箱(12)与清水高位水箱(14)之间通过清水提升管(19)连接，清水提升管(19)上设有清水泵(13)。
3.根据权利要求2所述的一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，其特征在于，所述的盐水注入管(4)、模型清水注入管(16)、模型排水管(7)、盐水提升管(18)及清水提升管(19)上均设有流量调节阀，所述的盐水注入管(4)、模型清水注入管(16)、模型排水管(7)及清水箱清水注入管(15)上设有流量计(8)。
4.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，其特征在于，所述的实验清水箱(5)、盐水储水箱(1)及清水储水箱(12)的底端均设有排污泄水阀(22)。
5.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，其特征在于，所述的盐水高位水箱(3)与储盐水箱(1)之间设有第一溢流管(20)，所述的清水高位水箱(14)与储清水箱(12)之间设有第二溢流管(21)。
6.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，其特征在于，所述的盐水注入管(4)上设有能使盐水以高湍流、低速度注入模型(6)内部的盐水注入□。
7.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统，其特征在于，所述的模型排水管(7)上设有密度计(17)，模型排水管(7)位于密度计(17)之后的管路分别与太阳能蒸发浓缩器(9)及排水箱(11)连接，且太阳能蒸发浓缩器(9)及排水箱(11)的入口端分别设有开关阀。
【文档编号】G09B25/00GK203480754SQ201320561403
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】张智力, 朱鸣, 王健, 高军, 罗平 申请人:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 同济大学