一种通道型受限空间内火灾蔓延模拟装置的制作方法

本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及通道型受限空间内火灾烟气蔓延的模拟实验装置，为研究受限空间内通道宽度、火源功率、起火房间开口尺寸、起火房间结构对火灾烟气蔓延特性影响的模拟实验装置。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，高层建筑发展的数量在逐渐增加，伴随而来的高层建筑火灾安全问题也引起人们越来越广泛的关注和担忧，特别是2009年央视新址北配楼火灾、2010年上海胶州路教师公寓火灾等几起特大的火灾事故为高层建筑的火灾安全再次敲响了警钟。

高层建筑发生火灾时，其火灾蔓延主要有水平蔓延和纵向蔓延两种蔓延方式，对以往高层建筑火灾事故的调查分析表明火灾的纵向蔓延是导致高层建筑火灾最后失控的主要原因。传统的高层建筑中火灾的纵向蔓延要是通过建筑物外立面的外窗及开口孔洞、内部的中庭以及各种管道竖井进行的。现代高层建筑中，随着幕墙建筑的数量的增多，双层幕墙之间的通道又成为火灾蔓延的新途径。幕墙通道属于受限空间，探讨通道型受限空间内火溢流的扩散特性是研究此类建筑中火灾能否向上蔓延的基础。

良好的建筑防火设计是高层建筑火灾安全的基础。过去对高层建筑火灾竖向蔓延的研究主要是基于窗口火溢流的热动力特性的研究，该研究结果来是判断火灾能否向上蔓延的基础。Yokio、Ashton、Harmathy、Oleszkiewicz、Tanaka等都对火灾通过外窗向上蔓延进行了全尺寸或比例模型尺寸的实验研究，讨论了窗口形状及尺寸、起火房间的形状等因素对窗口火溢流流动特性的影响，并对窗槛墙、防火挑檐等阻止火灾蔓延的措施的有效性进行了探讨。但上述研究都是针对火溢流在外部空间内的自由扩散特性，该研究结果并不适用于火溢流在幕墙等受限空间内的流动。竖井内火灾烟气的蔓延虽也属于受限空间内烟气的蔓延，但由于竖井和幕墙结构的巨大差异，竖井类烟气蔓延的研究结果也无法用于类似于幕墙通道的扁平受限空间。对于幕墙通道类受限空间内火溢流的蔓延特性的研究，国内外开展的多为数值模拟研究。由于数值模拟中燃烧模型、湍流模型的不完善，边界条件设定等的不确定性，数值模拟结果的正确性必须有实验结果的检验。全尺寸燃烧实验是研究幕墙内火溢流特性最理想的实验手段之一，但由于全尺寸燃烧实验耗费大，不安全，且实验条件难以控制，以相似理论为基础开展比例模型实验就成为幕墙内火溢流特性研究的最好的选择，设计出一套适用的通道型受限空间内烟气扩散模拟装置就成为研究幕墙内火溢流流动特性的基础。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种通道型受限空间内火灾蔓延模拟装置，该装置是一种通道型受限空间内火灾烟气蔓延的模拟实验装置，能够在实验中模拟不同通道宽度内烟气的蔓延情况，对通道型受限空间内火溢流的蔓延规律进行研究。

本发明采用的技术方案为一种通道型受限空间内火灾蔓延模拟装置，该装置包括主体实验台1、外挡墙2、侧墙3、火源14及测控系统。外挡墙2设置在主体实验台1的外侧，外挡墙2与主体实验台1之间设有侧墙3，主体实验台1、外挡墙2、侧墙3之间形成通道型受限空间的结构；测控系统分布在主体实验台1内和通道型受限空间内；火源14设置在主体实验台1的房间内。

所述主体实验台1是与实际的幕墙结构相同且按一定比例搭建的多层多室建筑结构，主体实验台1采用镀锌钢板焊接密封而成，主体实验台1的室内壁面、前外立面均贴有防火棉6。主体实验台1的前立面两侧向后部折弯0.5m，上下各设置有侧墙插槽4，用于侧墙3的插入。主体实验台1的侧面设有窗口插槽7，窗口插槽7用以组装各个形状大小的窗口，窗口与通道型受限空间连通；主体实验台1底层的窗口上设有起火房间补风口8。

所述外挡墙2由镀锌钢板外贴防火棉6组成，外挡墙2由外挡墙支架10支撑，外挡墙支架10的四个角部设有小滑轮9；左右两侧向后部折弯0.5m，上下处均设置有侧墙插槽4，用于侧墙3的插入。外挡墙1的中间位置设有玻璃观察窗5以便观察通道型受限空间内烟气的流动情况。

所述测控系统，包括温度测量系统、燃料质量变化测量系统、图像测量系统和辐射热流量测量系统。所述温度测量系统为数个热电偶13，各个热电偶13布置在火源14所在的模拟起火房间内和主体实验台1其它楼层的窗口处。所述燃料质量变化测量系统包括燃料油盘、烟饼、支架、电子天平及其信号传送装置，火源14放置在燃料油盘内，燃料油盘安装在电子天平上，电子天平设置在支架上，电子天平与信号传送装置连接，信号传送装置用以记录火源14的消耗情况。烟饼架设在燃料油盘上方；所述图像测量系统包括对火源14的火焰形态进行记录的两台摄像机，两台摄像机安装在主体实验台1内的起火房间内。所述辐射热流量测量系统包括两个辐射热流计12和数据采集处理装置，一个辐射热流计12布置在模拟起火房间上部房间的外窗处，另一个辐射热流计12布置在外挡墙2上，两个辐射热流计12与数据采集处理装置连接，数据采集处理装置记录辐射热流计12的热辐射情况。

火源14的燃料使用正庚烷或甲醇等无污染清洁能源，并可模拟多种火源功率的燃烧情况。

主体实验台1内的起火房间采用起火房间预制窗型模块11进行装配，起火房间预制窗型模块11为U形结构，能够调整起火房间的窗口大小。

所述主体实验台1是与实际典型的幕墙结构按1:5的比例建造，共分为多层，为防止建筑边缘对受限空间内火溢流流动特性产生影响，实验装置主体前侧立面在向上高度方向和左、右两侧宽度方向进行一定的拓展。所有房间窗口、外门都可自由开启关闭，关闭时可保证密封性与防火性，起火房间的窗口尺寸可根据需要调节。模拟实验装置主体和外挡墙所有壁面均贴耐高温防火棉，与实际建筑壁面传热情况相同。

烟气蔓延效果可以利用烟饼产生的烟气颗粒示踪模拟火灾烟气效果，烟饼架设在油盘上方一定距离，实验时点燃燃料，随后点燃烟饼，通过燃料燃烧的热浮生力驱使烟饼产生的烟气在实验台内蔓延扩散，随后可以通过窗口及受限空间内较为清晰的观察模拟火灾烟气在建筑外立面的蔓延过程。

本发明的优点和积极效果为：

(1)本发明的火源采用无污染清洁能源池火，能源燃烧充分，火源功率稳定，无污染，对实验人员无不良刺激。

(2)本发明燃料质量变化测量采用将燃料放在油盘内，并通过隔热板隔热，可以很好的保护电子天平。

(3)本发明根据相似理论搭建，可以真实模拟通道型受限空间内的火溢流发展过程，并可以通过摄像机对于火溢流的形状进行记录。

(4)本发明具有先进完备的测控系统，温度测量系统，燃料质量变化测量系统，辐射热流测量系统、图像观测系统均通过计算机可以实时记录观察分析。

(5)本发明采用小尺寸模型实验装置，经济型高，可重复性强，操作方便。

(6)本发明实验装置主体为多层的建筑模型，可以对于火溢流向上发展进行全方位直观的观测，主体前外立面在高度方向和长度方向上进行了一定程度的延展，消除了边界对火溢流蔓延特性的影响。

(7)本发明可以通过调节通道型受限空间的通道宽度、起火房间的大小、外窗尺寸、火源功率等，模拟不同影响因素作用下通道型受限空间内火灾烟气的流动特征，克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟结果不准确的特点，又保证了实验的可重复行和多样性，对于开展通道型受限空间内火灾烟气蔓延及控制技术研究有很大的应用价值和指导意义。

附图说明

图1为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置的整体结构示意图。

图2为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置的主体结构示意图。

图3为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置一层起火房间后墙结构示意图。

图4为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置的外挡墙结构示意图。

图5为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置的预制窗型模块示意图。

图6为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置温度及热流测点的布置示意图(侧视图)。

图7为本发明所述的一种通道型受限空间火灾烟气蔓延模拟实验装置温度测点的布置示意图(俯视图)。

图中：1-主体实验台；2-外挡墙；3-侧墙；4-侧墙插槽；5-玻璃观察窗；6-防火棉；7-窗口插槽；8-起火房间补风门；9-小滑轮；10-外挡墙支架；11-起火房间预制窗型模块；12-辐射热流计；13-热电偶；14-火源。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施方式对本发明进行进一步说明。

参见图1，模拟实验装置的主要组成部分包括模拟实验装置主体及可调节间距的外挡墙组成，模拟实验装置主体和外挡墙之间的封闭空间通过在两侧插入相同高度的侧墙挡板实现。侧墙挡板为薄镀锌钢板，宽度为0.9m，高度为2.7m，使得实验装置主体和外挡墙之间的通道的宽度可在0～0.6m之间任意调节。

参见图2，模拟实验装置主体总高为2.8m，宽度为1.0m，长度为5.0m。自一层往上三层设有房间，3层以上高度只有外立面。设有房间的楼层高0.6m，其中二、三层每层设4个房间，房间尺寸为0.8m×1.0m×0.6m(长×宽×高)，每个房间拥有一个外窗一个0.4m×0.3m(宽×高)的外窗，外窗窗口上、下设有凹槽，用于插入防火玻璃块(0.5m×0.3m)，根据需要模拟房间外窗破裂和非破裂工况。一层设定为起火层，左侧两个房间的尺寸与楼上房间一致，右侧两个房间合并成一个大房间，用于模拟大面积办公房间内起火的场景。起火房间的后侧下部设有可开启的小门，用于必要时补风。火源可根据需要可设置于小房间或大房间内，大、小房间的外窗可根据需要在高度和宽度方向上进行调节，调节可以通过不同的插槽外窗模块实现。实验装置主体前立面两侧向后部折弯0.5m，上下各设置有凹槽，用于侧墙挡板的插入。

参见图3，外挡墙，高度和长度与实验装置主体相同，主要有基座和竖直挡板组成，基座采用角钢焊接而成。竖直挡板主体采用0.5mm厚的镀锌钢板，面向火源侧贴防火棉。外挡墙下部设置透明防火玻璃窗，用于观察受限空间封闭时内部烟气的流动。基座底端安装有轮子，用于调节外挡墙和装置主体之间的间距，挡墙两侧向后折弯0.5m，上、下设置凹槽，用于侧墙挡板的插入。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，但本发明不限于具体实施方式的范围。