一种隧道排烟口集中排烟性能测试装置的测试方法与流程

本发明涉及隧道消防工程领域，具体涉及一种隧道排烟口集中排烟性能测试装置的测试方法。

背景技术：

火灾过程中可燃物燃烧释放出大量高温有毒烟气，同时还会释放大量热量。若火源释放的热量不能及时通过排烟系统排出，则可能对建筑/隧道内人员安全造成严重危害，影响消防队员接近火源进行灭火救援，甚至还会对结构造成严重破坏。

目前,考查隧道排烟系统烟气控制效果的常规判断方法主要通过现场测量烟气温度、能见度、烟气层高度等参数来进行判断，但由于隧道长度大(特长隧道长度为3km以上)，烟气沿隧道长度方向蔓延距离远，大量测量这些烟气特征参数难度大，且这些参数均只反映了烟气的局部状态，不能准确评价排烟系统的总体烟气控制效果，更不能量化反映排烟系统的总体排热性能。目前市面上还未出现用于隧道排烟口集中排烟性能测试装置的测试方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种隧道排烟口集中排烟性能测试装置的测试方法，该测试装置具备实时计算、显示和存储火源热释放速率数据，以及单台本装置在测试隧道排烟口集中排烟性能时适用不同大小火源的特点，该测试方法可以很好地量化分析隧道排烟口集中排烟性能，并准确反映其排热效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种隧道排烟口集中排烟性能测试装置的测试方法，所述隧道排烟口集中排烟性能测试装置包括设有显示器的PC机，与PC机通过接线盒连接的数据采集器，数量为两个以上、且在排烟口从上到下依次等距排列的温度传感器，数量为两个以上、且在排烟口从上到下依次等距排列的风速传感器，在被测排烟口相对应位置的火源称重台，设在火源称重台下部、分别与数据器连接的4个电子称重器，设在火源称重台上部的软质隔热层；所述火源称重台的面积大小可自由调整，所述所有温度传感器和所有风速传感器均分别与数据采集器连接；所述测试方法包括以下步骤：

(1)布置火源装置，并于其中加入燃料；

(2)测量燃料的重量；

(3)确定排烟口的开启位置，并根据排烟口大小将其分割为i个单元，并在每个排烟口单元内布置温度传感器和风速传感器；

(4)点火60s后开启风机和相应位置的排烟口进行排烟，实时采集排烟口的烟气温度与流速、以及燃料重量，直至火源熄灭；

(5)根据排烟口处的烟气温度和流速，按照下列公式计算每个排烟口处的对流排热速率Q_CHRR，得到相应排烟口的瞬时排热性能：

${\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=N}{c}_p{\stackrel{\·}{m}}_i{\mathrm{\ΔT}}_i$

式中，c_p为空气比热，为通过第i个排烟口单元的烟气质量流率，且ρ＝1.2kg/m3，S_i为第i个排烟口单元的面积，ΔT_i为第i个排烟口单元内的烟气平均温升；

(6)将各排烟口处的对流排热速率相叠加，得到烟气控制系统的总体对流排热速率即M为所开启的排烟口总数，j为所开启的第j个排烟口；

(7)将对时间进行积分，得到通过排烟口排出的对流排热总量，即

(8)按照下列公式计算得到的结果量化分析不同排烟口开启模式下的排烟效果：

${\mathrm{\η}}_{CHR}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}}{Q_{conv}}$

式中，η_CHR为对流排热效率，其数值越高，代表烟气控制系统的烟气控制效果越好；Q_conv为火源热释放量的对流分量，Q_conv＝0.7Q_fire，Q_fire为火源总热释放量，且Q_fire＝mΔH_c，m为燃料质量，ΔH_c为燃料的燃烧热值。

作为优选，所述燃料为酒精、汽油、正庚烷中的任意一种或多种。

具体地说，所述数据器为485型数据采集器，所述数据线为485型数据线。

进一步地，所述温度传感器为K型热电偶。

更进一步地，所述数据采集器通过热电偶补偿导线与温度传感器连接。

具体地说，所述风速传感器为高精度皮托管。

进一步地，所述数据采集器通过差压变送器与风速传感器连接。

作为优选，所述相邻两个温度传感器之间的间距不大于15厘米。

作为优选，所述相邻两个风速传感器之间的间距不大于45厘米。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明构思精妙、设计合理、使用方便，具备实质性特点和进步。

(2)本发明中隧道排烟口集中排烟性能测试装置通过在火源称重台下部设置四个电子称重器，可以实时测量出火源在燃烧过程中的质量变化，并将测量出的实时质量通过数据采集器传输至PC机，进而可以实时地计算、显示和存储火源燃烧时热释放速率数据。

(3)本发明中隧道排烟口集中排烟性能测试装置火源称重台可以根据火源的大小自由调整火源称重台面积，从而使本发明具备了在测试隧道排烟口集中排烟性能时适用不同大小火源的功能。

(4)本发明通过隧道排烟口集中排烟性能测试装置能精确地采集到作为火源的燃料在燃烧时的实时重量，以及开启排烟口进行排烟后，能够实时精确地采集到通过排烟口的烟气温度与流速，并利用所采集的数据，依次按照以下公式即可准确且有效地计算出隧道排烟口排热效率η_CHR，然后根据隧道排烟口排热效率η_CHR，就可以精确有效地量化分析出隧道排烟口集中排烟性能，并准确反映其排热效果，填补了该技术领域的技术空白；所用公示依次分别为：

附图说明

图1为本发明隧道排烟口集中排烟性能测试装置结构示意图。

图2为本发明测试方法的流程示意图。

图3为本发明-实例中试验隧道火源及排烟口的位置示意图。

图4为本发明-实例中工况1不同位置排烟口处的对流排热速率示意图。

图5为本发明-实例中工况2不同位置排烟口处的对流排热速率示意图。

其中，附图标记对应的名称为：1-PC机、2-热电偶补偿导线、3-接线盒、4-数据采集器、5-温度传感器、6-风速传感器、7-火源称重台、8-电子称重器、9-软质隔热层、10-差压变送器。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1所示，一种隧道排烟口集中排烟性能测试装置的测试方法，所述隧道排烟口集中排烟性能测试装置包括设有显示器的PC机1，与PC机1通过接线盒3连接的485型数据采集器4，数量为两个以上、且在排烟口从上到下依次等距排列的温度传感器5，数量为两个以上、且在排烟口从上到下依次等距排列的风速传感器6，在被测排烟口相对应位置的火源称重台7，设在火源称重台7下部、分别与数据采集器4连接的4个电子称重器8，设在火源称重台7上部的软质隔热层9；所述火源称重台7的面积大小可自由调整，所述所有温度传感器5和所有风速传感器6均分别与数据采集器4连接；如图2所示，所述测试方法包括以下步骤：

(1)布置火源装置，并于其中加入燃料；

(2)测量燃料的重量；

(3)确定排烟口的开启位置，并根据排烟口大小将其分割为i个单元，并在每个排烟口单元内布置温度传感器和风速传感器；

(4)点火60s后开启风机和相应位置的排烟口进行排烟，实时采集排烟口的烟气温度与流速、以及燃料重量，直至火源熄灭；

(5)根据排烟口处的烟气温度和流速，按照下列公式计算每个排烟口处的对流排热速率Q_CHRR，得到相应排烟口的瞬时排热性能：

${\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=N}{c}_p{\stackrel{\·}{m}}_i{\mathrm{\ΔT}}_i$

式中，c_p为空气比热，为通过第i个排烟口单元的烟气质量流率，且ρ＝1.2kg/m3，S_i为第i个排烟口单元的面积，ΔT_i为第i个排烟口单元内的烟气平均温升；

(6)将各排烟口处的对流排热速率相叠加，得到烟气控制系统的总体对流排热速率即M为所开启的排烟口总数，j为所开启的第j个排烟口；

(7)将对时间进行积分，得到通过排烟口排出的对流排热总量，即

(8)按照下列公式计算得到的结果量化分析不同排烟口开启模式下的排烟效果：

${\mathrm{\η}}_{CHR}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}}{Q_{conv}}$

式中，η_CHR为对流排热效率，其数值越高，代表烟气控制系统的烟气控制效果越好；Q_conv为火源热释放量的对流分量，Q_conv＝0.7Q_fire，Q_fire为火源总热释放量，且Q_fire＝mΔH_c，m为燃料质量，ΔH_c为燃料的燃烧热值。

作为优选实施方式，本发明的温度传感器5选用K型热电偶，同时，485型数据采集器4和K型热电偶之间采用热电偶补偿导线2连接；并且，风速传感器6选用高精度的皮托管，相对应的，485型数据采集器4和皮托管通过差压变送器10连接，为了使本发明的测量数据更加精准和更具有代表性，本发明相邻两个K型热电偶的间距不大于15厘米，相邻两个皮托管之间的间距不大于45厘米。

以下就本发明的实施流程做一个简要说明：

首先在被测排烟口相对应的位置布置火源，火源所选用的燃料，一般选用成分简单、燃烧热值已知的燃料，比如：酒精、汽油、正庚烷等，并将火源燃料放置在设有软质隔热层9的火源称重台7上，此时就可以通过火源称重台7下的4个电子称重器8准确的称量出火源燃料的重量；其次，确定排烟口的开启位置，并根据排烟口大小将其分割成若干个面积相等的排烟单元，分割完成后在PC机1的软件内设置排烟口总面积和排烟口单元面积，并在每个排烟单元内布置好温度传感器5和风速传感器6，布置时，温度传感器5和风速传感器6在烟单元内从上到下依次等距排列，且相邻两个温度传感器5之间的距离为15厘米，相邻两个风速传感器6之间的距离为45厘米，并保证每个排烟单元内至少布置三个温度传感器5和至少一个风速传感器6；之后，将放置在电子称重器8上的火源燃料点燃，60秒后开启烟道风机和被测排烟口进行排烟，此时PC机1通过温度传感器5和风速传感器6实时持续收集存储排烟口的烟气温度与流速数据，以及火源燃料在燃烧过程中的实时质量数据，直至燃源熄灭；然后，PC机1根据所收集的数据计算出对流排热效率，并根据计算出的对流排热效率分析相应排烟口的排热性能。

下面以一个实例来对本发明的测试效果进行阐述。

以某150m长的隧道模型为例开展试验，如图3所示，主体隧道长150m，宽15.950m，高7.8m，隧道侧面开设6组排烟口与排烟道相连，相邻组之间的距离为22.5m，每组包括4个1m×2m的排烟口，排烟量恒定。

本实例共设计了2种试验工况，主要使用0#柴油作为燃料，其目的是考查排烟口开启位置对烟气控制效果的影响，即对比开启第三、第四组和开启第三、第五组排烟口所对应的排热效果，具体试验工况如表1所示。

表1

对两个方案中相应排烟口处的烟气温度、流速和燃料质量进行测量，并按照上述流程计算每组排烟口对应的瞬时对流排热速率。图4和图5分别显示了两个工况中相应排烟口处的对流排热速率，从图中可看出第四组和第五组排烟口对应的对流速率均低于开启第三组排烟口处的相应数值，即开启近火源处的排烟口有利于火灾烟气排出。

表2给出了计算获得的对流排热总量及对流排热效率，从后者可看出，工况1的对流排热效率高于工况2的对数值，即减小排烟口间距有利于提高整个系统的排热效率，因此工况1的排烟口开启方案优于工况2。

表2

本发明构思精妙、设计科学合理、使用方便，填补了所属技术领域还没有隧道排烟口集中排烟性能测试装置的空白，具备突出的实质性特点和显著进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。