一种火源可变速运动的隧道火灾实验模拟装置的制作方法

本发明涉及火灾安全技术领域，尤其是涉及关于一种火源可变速运动的隧道火灾实验模拟装置。

背景技术：

随着城市化发展的加快，地面空间和交通都受到了极大限制。于是向地下发展成为了解决问题的重要途径，近年来，隧道主体等地下设施得到了飞速发展。但同时由于隧道主体结构的复杂性和特殊性，面临着极大的安全挑战，尤其是火灾问题。

目前对隧道主体火灾的研究主要是利用理论推导或分析、小尺寸隧道主体实验平台和大尺寸或全尺寸隧道主体实验平台。由于隧道主体火灾的复杂性，仅靠理论推导或分析是不能得到很好的解决的；大尺寸和全尺寸隧道主体实验平台最能反应真实火灾过程，但是其边界条件难以严格控制，可重复性较差。小尺寸隧道主体实验模拟平台具有重复性好、测量精准等优点，是隧道主体火灾研究的比较理想手段。

关于小尺寸隧道主体实验模拟平台，国内外专家学者做了很多工作。法国Vauquelin等人建立了一个1:20的公路隧道主体模型，尺寸为l0m(长)/50cm(宽)/25cm(高)，具有矩形截面。隧道主体的高度和宽度都可以实现连续调节，隧道主体坡度也可以在-20°～20°，模型隧 道主体中安装了纵向和横向通风系统，该试验模型没有设置火源，主要针对烟气流动进行研究，其烟气采用空气和氦气的混合物进行模拟。韩国的JaeSeongRoh等人也建立了1:20的弧顶隧道主体模型，长度为10m，高度和宽度均为0.4m。隧道主体壁面采用0.01m厚的透明有机玻璃制成，在火源段进行了强化保护，模型隧道主体的一端跟一个小尺寸风洞相连，可以进行纵向通风，风机出口安装了整流网，以利于产生均匀稳定的风速。国内的火灾科学工作者也针对狭长受限空间火灾建立了一些实验平台，武汉大学建成了1:20的小尺寸弧顶隧道主体，该试验模型路面宽0.465m，路面到拱顶的净高为0.322m，长为13m，火源段用不锈钢圆筒进行保护，其余位置为有机玻璃圆筒。中南大学建立了长52.5m的1:10的公路隧道主体模型，用于研究特长公路隧道主体纵向排烟模式和独立排烟道集中排烟模式的有效性。

然而，目前的小尺寸隧道主体实验模拟平台还存在一些亟待改进的地方，如：

(1)宽和高的尺寸太小。大部分隧道主体模拟实验平台的宽和高都在1m之内，宽和高的尺寸过小，边界层效应会对烟气竖直向上的参数分布造成一定影响，模拟实验的精确性造成一定影响。

(2)火源固定。现阶段隧道主体火灾的研究大部分停留在固定火源上，对移动火源的研究比较少。由于车辆的移动性使得隧道主体火灾中出现移动火源的概率比较高，所以研究移动火源更有现实意义。

(3)移动火源的速度控制差。在一些研究移动火源的实验中， 其速度调节依赖手动调节，速度不能维持稳定，大小改变比较困难。

(4)没有合适的手段来模拟周围火源或热源的影响。火灾发生时，往往有多处着火点，互相之间会有热辐射、热对流等作用互相影响。虽有不少模拟实验考虑到这个问题，研究双火源燃烧特性，但是火源大小、强度可控性较差。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是提供一种火源可变速运动的隧道火灾实验模拟装置，能够为隧道主体移动火源提供稳定可调的速度，且隧道主体空间可调隧道主体实验模拟装置，以克服背景技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种火源可变速运动的隧道火灾实验模拟装置，包括：隧道主体、牵引动力部件和用于盛放模拟火源的小车，隧道主体的底部设有供小车移动的轨道，牵引动力部件包括电机和变速箱，小车连接有绳索，绳索的经滑轮和变速箱连接于电机；隧道主体的顶板内壁和/或底板内壁设有垂直于隧道主体纵轴线的滑槽，隧道主体的至少一个侧壁可沿滑槽移动；隧道主体内设有测量仪器、排风机和通风机。

较佳地，隧道主体的底面沿隧道主体的长度方向设有至少两组千斤顶，每组包括两个沿隧道主体纵轴线对称设置的千斤顶。

较佳地，侧壁设有与滑槽位置对应的突起结构。

较佳地，测量仪器包括风速仪、热流计、温度测量仪和烟气分析仪。

较佳地，温度测量仪设有数组测温元件，包括通过测温元件架横向设置的第一测温元件组和纵向设置的第二测温元件组，测温元件包括热电偶，烟气分析仪的探头设置在测温元件架上。

较佳地，排风机和通风机分别设置在隧道主体两端口处，排风机包括机械排烟风机，通风机包括纵向通风风机。

较佳地，顶板内侧设有辐射板。

较佳地，隧道主体的底面连接有支撑底座，支撑底座设有带刹车装置的万向轮。

较佳地，侧壁的材料采用有机玻璃。

较佳地，顶板和底板采用的材料为防火板。

本实用新型的有益效果在于：利用绳索可以手动改变和固定小车的位置，而且方便得知火源的具体位置，以便于研究火源在隧道主体的不同位置对火灾和烟气的影响；同时小车经绳索过滑轮与电动机和变速箱相连，电动机和变速箱能为小车提供稳定可调的速度，以便于研究移动火源在隧道主体中的工况，克服了手动牵引速度不均匀和变速困难等问题。隧道主体的宽度可以改变，通过可移动侧面沿滑动槽移动，来改变隧道主体的宽度，从而研究宽度对火灾以及烟气运动的影响，此外不同类型的隧道主体，宽高比是不同的，可以用来研究不同的隧道主体类型。隧道主体顶板的内侧安装了辐射板，可以调节不同的辐射强度，来研究有无热源以及不同强度的热源对火源火灾的影响。隧道主体的底部设置了千斤顶，利用千斤顶的伸缩来调节隧道主体的坡度，这种调节方式简单易行、操作方便。隧道主体的一端设置 了纵向通风风机，可以通过改变风速来研究风速大小对火灾和烟气的影响；隧道主体的另一端设置了机械排烟风机，以便于排烟。本实用新型可改变因素多，适用研究范围广，综合性比较好。另外该实验平台操作还有简单、可重复性强等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图，

图2为本实用新型实施例的隧道主体的结构简图，

图3为本实用新型实施例的防火板和滑动槽示意图。

图4为本实用新型实施例的滑动方式示意图，

图5为本实用新型实施例的隧道主体宽度调节示意图，

图6为本实用新型实施例的隧道主体坡度调节示意图，

图7为本实用新型实施例的小车移动装置示意图，

图8为本实用新型实施例的各测量仪器分布示意图，

图9为本实用新型实施例的横向布置的第一测温元件组和烟气分析仪探头布置示意图，

图10为本实用新型实施例的纵向布置的第二测温元件组布置示意图。

图中：1-小车，2-轨道，3-隧道主体，4-侧壁，5-顶板，6-滑槽，7-摄像机，8-辐射板，9-千斤顶，10支撑底座，11-滑轮，12-绳索，13-变速箱，14-电机，15-通风机，16-排风机，17-风速仪，18-测温元件，19-烟气分析仪，20-测温元件架，21-热流计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

一种隧道主体3火灾实验模拟装置，如图1所示包括隧道主体3、牵引动力部件和用于盛放模拟火源的小车1，隧道主体3的底部设有供小车1移动的轨道2，牵引动力部件包括电机14和变速箱13，如图7所示小车1连接有绳索12，绳索12经滑轮11、变速箱13连接于电机14；导轨通过螺栓固定在隧道主体3底部，以便于拆卸，小车1设置在轨道2上，电机14和变速器为小车1提供稳定可调的速度；小车1载着火源沿轨道2在隧道主体3内部运动，电机14用来提供动力，变速箱13用来调节速度大小。

图2为隧道主体3主体的结构简图，隧道主体3为钢结构框架，坚固耐用，截面为矩形，本实施例隧道主体3长6m、宽2m、高1.3m可根据实验需要通过焊接增加隧道主体3长度，或改变宽度；侧壁4的材料采用有机玻璃，具有良好的可视性，以便于观察和拍摄，顶板5和底板采用的材料为防火板，有机玻璃、防火板与钢架之间采用密封处理；本实施还包括摄像机7，用于透过有机玻璃制成的侧壁4拍摄火灾燃烧过程。

隧道主体3主体顶板的内侧安装辐射板8，通过改变辐射强度来研究辐射对火灾和烟气的影响。

如图3所示隧道主体3的顶板5内壁和底板内壁设有垂直于隧道主体3纵轴线的滑槽6，隧道主体3的至少一个侧壁4可沿滑槽6移 动；侧壁4设有与滑槽6位置对应的突起结构，有机玻璃制成的侧壁4通过沿滑槽6滑动来改变隧道主体3的宽度，以便于研究隧道主体3宽度对火灾的影响。如图4所示可移动侧壁4沿滑动槽移动，来改变隧道主体3的宽度，可通过改变高宽比，来研究隧道主体3宽度对火灾和烟气的影响，还可以用来模拟不同的隧道主体3类型。图5为本实施例隧道主体3宽度调节结束后示意图(以宽为1m为例)。推动有机玻璃沿滑槽6滑动至1m处，固定并做好密封处理，就可以研究当隧道主体3宽度为1m，即高度大于宽度的隧道主体3火灾工况。

滑槽6与突起结构的配合具体如下：突起结构选择合适的螺钉，使螺钉头直径略小于滑动槽上半部分宽度并且大于滑动槽下半部分，螺杆钉入有机玻璃中，当需要滑动时，用螺丝刀或其他工作松螺钉到一定程度，用手推动有机玻璃侧壁4至所需要处，然后拧紧螺钉，固定住有机玻璃位置，最后用小块防火板或其他密封板将滑槽6盖住并做密封处理。

隧道主体3内设有测量仪器和排风机16和通风机15。

测量仪器包括风速仪17、热流计21、温度测量仪和烟气分析仪19。温度测量仪设有数组测温元件18，包括通过测温元件架20横向设置的第一测温元件18组和纵向设置的第二测温元件18组，测温元件18包括热电偶，烟气分析仪19的探头设置在测温元件架20上。

图8为各测控仪器分布示意图，热电偶用来测量温度场的变化，高温风速仪17用来测量风速大小，综合烟气分析仪19用来监测气体成分，热流计21用来测量辐射强度。

图9为横向布置的第一测温元件18组也即热电偶和烟气分析仪19探头布置示意图，其中一个热电偶架设置在隧道主体3顶部中间位置，另一个热电偶架设置在隧道主体3顶部边缘，两个热电偶架相距0.8m，相邻的两个热点偶之间的距离为0.5m，三处烟气分析仪19探点设置在隧道主体3顶部中间位置的测温元件架20上。

图10为纵向布置的第二测温元件18组布置示意图。纵向热点偶的布置是为了测量隧道主体3内纵向温度场的情况，一共设置了三处，每处之间的距离为1.5m。

排风机16为机械排烟风机，通风机15为纵向通风风机，分别设置在隧道主体3两端口处。通风机15可以研究不同的风速对火灾的影响，排风机16用来排出火源燃烧中产生的烟气。

顶板5内侧还设有辐射板8，用来研究热源对火源燃烧的影响。

隧道主体3的底面沿隧道主体3的长度方向设有至少两组千斤顶9，每组包括两个沿隧道主体3纵轴线对称设置的千斤顶9。利用千斤顶9的伸缩来改变隧道主体3的坡度。图6为隧道主体3的坡度调节示意图。通过千斤顶9的伸缩，来调节隧道主体3的坡度，调节范围为-15°到15°。

隧道主体3的底面连接有支撑底座10，支撑底座10为角钢结构设有带刹车装置的万向轮，便于整体的移动和固定；

实验中，需要测试不同速度的移动火源对火灾蔓延和烟气的影响时，首先按照实验室规章制度和实验计划做好实验前的准备工作，检查调试各种仪器设备。本次实验是模拟不同速度的移动火源对火灾 蔓延和烟气的影响，其他条件保持一致。调试电机14和变速箱13，实验一共设置了5种工况，速度分别设置为0.04m/s、0.08m/s、0.16m/s、0.32m/s和0.64m/s，实验材料为五块大小形状相同的可燃固体。将可燃固体置于小车1的燃烧架上，点火待燃烧稳定后，打开摄像机7，放小车1开始测试，本次工况实验结束，将火熄灭，保存采集的数据，清理隧道主体3，进行下一工况的实验。五种工况实验结束后，分析数据，研究不同速度的移动火源对烟气的影响。

需要测试不同辐射强度对火灾蔓延及烟气的影响，做好实验前的各项准备工作，本次实验是模拟不同辐射强度下对火灾蔓延以及烟气的影响。首先调试辐射板8，待辐射板8辐射强度稳定后，将可燃固体置于小车1上，把小车1固定在隧道主体3中部，将可燃固体点燃，然后改变辐射板8的辐射强度，继续进行实验。最后分析所采集的数据，研究辐射强度对火源及烟气的影响。

需要测试不同隧道主体3宽度对火灾蔓延及烟气的影响时，做好实验前的各项准备工作。不同的隧道主体3类型高宽和宽度的尺寸比是不同的，本次实验就是研究隧道主体3宽度对火灾蔓延和烟气的影响。隧道主体3高度为1.3m，为此实验一共设置了四种工况，分别是当宽度为1m、1.3m、1.6m、2m，尽可能涵盖不同的隧道主体3高宽比。实验开始，将可燃固体放置在将小车1的燃烧架上，然后将小车1固定在隧道主体3内部，打开数码摄像机7，点燃可燃固体，开始实验。本次工况实验结束后，清理隧道主体3，保存采集的数据，进行下一工况的实验。四种工况实验结束后，分析数据，研究隧道主 体3宽度对于火灾蔓延和烟气的影响。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。