地铁缩尺隧道火灾烟气控制实验系统及实验方法与流程

本发明涉及一种地铁隧道烟气控制缩尺实验系统，特别是涉及一种类矩形地铁缩尺隧道与圆形缩尺隧道相连的火灾烟气控制实验系统及其实验方法。

背景技术：

随着社会经济与科技的发展，人口数量的大量增加，人们对于生活水平逐步提高，城市范围不断扩大。这随之而来的就是巨大的交通压力，而地下轨道交通系统能够合理有效的利用城市地下空间，缓解地上交通压力，是一种解决城市拥挤的重要手段。其中地铁作为城市轨道交通的主要方式之一，它具有运量大、安全可靠、舒适、速度快等优点，已经成为人们出行最为便捷、经济和高效的一种交通工具。地铁作为现代城市交通系统核心和城市最大规模基础设施之一，对实现社会可持续发展、促进城市经济繁荣中的作用愈发重要。而消防安全成为地铁安全里的重中之重，在地铁安全系统的设计过程中是尤为重要的一项。

为有效解决地上交通压力的难题，推动地下空间合理节约利用，减小盾构施工队周围环境的影响，可以使用类矩形盾构机，它比常规圆形盾构机节约了35％的地下空间。如果建成类矩形隧道，拆除原有的圆形隧道会造成一定人力物力的损失，所以在圆形隧道旁新建类矩形隧道，既可以为原来的交通线路分担客流量的压力，又可以在发生火灾时增加一条逃生通道。所以开展类矩形盾构区间隧道内与圆形隧道内的气流组织、通风模式及参数的确定等关键技术研究具有重要的理论意义和工程实用价值。但是，目前还没有具体的实施方案。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种类矩形地铁缩尺隧道与圆形缩尺隧道相连的火灾烟气控制实验系统，便于为矩形盾构区间隧道内与圆形隧道内的气流组织、通风模式及参数的确定等关键技术研究提供依据，最终为类矩形地铁隧道与圆形隧道相连提出明确的防火方案。

本发明的再一个目的是提供一种类矩形与圆形相连的地铁缩尺隧道火灾烟气控制实验系统进行烟气实验的方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种类矩形与圆形相连的地铁缩尺隧道火灾烟气控制实验系统，包括隧道主体、温度测试系统、风速测试系统、烟气观察系统、火源及燃烧物重量数据采集系统；所述隧道主体由事故隧道、非事故隧道及连接所述事故隧道与非事故隧道的联络通道组成，所述事故隧道为圆形缩尺隧道，所述非事故隧道为类矩形缩尺隧道，所述联络隧道的两端分别设置有可拆卸挡烟垂壁；所述事故隧道的进车口处设置有提供纵向风量的第一风机，所述事故隧道的出车口处设置有提供纵向风量的第二风机，所述第一风机与第二风机为推拉风的送风方向；所述非事故隧道的两侧分别设置有正压送风的第三风机和第四风机，所述第三风机和第四风机为对吹的送风方向；所述第一风机、第二风机、第三风机和第四风机分别通过变频器控制风速；所述火源设置于所述事故隧道内部；所述风速测试系统包括安装于所述事故隧道与非事故隧道内的多个风速仪，多个所述风速仪分别与风速数据采集器连接，采集所述第一风机、第二风机、第三风机和第四风机在不同频率下在隧道不同位置截面的风速；在所述非事故隧道内的同一测风截面上，多个所述风速仪成九宫格设置，在所述事故隧道内的同一测风截面上，多个所述风速仪采用等面积中心点法设置，所述风速仪为热线风速仪。

所述温度测试系统包括在事故隧道与非事故隧道内分别布置的等量对称固定热电偶作为测温点，在联络通道口的两侧分别布置一个固定温度串，每个所述固定温度串由四个热电偶组成，所述火源附近1米处设置移动点温度串；所述固定热电偶、固定温度串及移动点温度串分别与温度数据采集器连接。

所述烟气观察系统包括摄像机及多个均布于所述事故隧道与非事故隧道内的摄像头。

所述火源置于油盘中；所述油盘设置在所述联络通道下游；所述燃烧物重量数据采集系统包括安装于所述油盘下方的监控燃烧物重量的电子秤，所述电子秤与重量数据采集器连接。

一种类矩形与圆形相连的地铁缩尺隧道火灾烟气控制实验系统进行烟气实验的方法，包括下述步骤：

(1)启动所述温度测试系统、风速测试系统、烟气观察系统及燃烧物重量数据采集系统，开始摄录并记录数据；

(2)点燃所述火源中的燃烧物，根据所述烟气观察系统的拍摄情况，待观察到烟气明显回流时开启所述事故隧道内的所述第一风机和第二风机，所述第一风机与第二风机为推拉风的送风方向，使得在火源位置断面达到临界风速，以保证烟气不发生回流现象；

(3)开启所述事故隧道内的所述第一风机和第二风机后，待烟气蔓延侵入所述非事故隧道后开启所述非事故隧道内的第三风机和第四风机，所述第三风机和第四风机为正压对吹的送风方向，以保证烟气不经过中间联络通道到达非事故隧道；事故隧道与非事故隧道测量风速的方法是：将事故隧道或非事故隧道的截面划分为若干个等面积的部分，测量中心点的风速，再求平均数得出各个截面的风速；

(4)待火熄灭后，关闭所述第一风机、第二风机、第三风机和第四风机；

(5)保存实验数据。

所述火源的热释放速率为5-10mw；火灾发展情况采用t²火增长模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的实验系统在事故隧道两端分别设置有实现推拉风送风的风机，能够在事故隧道推拉送风最不利情况下，改变纵向送风风速，然后分析事故隧道的纵向温度分布，观察烟气纵向蔓延规律，得出不同纵向风速下火灾烟气纵向控制效果，从而得出最佳的风速配比，确定事故隧道的送风风速，事故隧道通过推拉送风对控制火灾的蔓延与发展、确保人员疏散的安全性具有重要作用。

2、本发明的实验系统在非事故隧道的两端设置有对吹送风的风机，能够改变非事故隧道双侧送风风速，通过分析联络通道口的纵向温度分布以及流场分布情况，得到事故隧道烟气侵入非事故隧道情况，明确各送风风速阻断烟气蔓延至非事故隧道的效果，确定非事故隧道送风风速，对研究类矩形地铁隧道与圆形地铁隧道相连的火灾烟气规律提供了研究平台，为地铁隧道发生火灾时提供了解决方案，

3、本发明的实验系统用于类矩形隧道与圆形隧道相连的火灾试验研究，不仅可以节约资源，提高地下交通效率，分担地上运输压力，还可以大大提高火灾发生时的人员逃离时间，具有良好的社会效益。

4、本发明在实验中可以有效的观测出烟气流动方向、烟气层高度，在实验中，把隧道截面分成若干个等面积的部分，热线风速仪感应部分放置在这些划分区域的中心，做成一个移动式风速测量装置，将同截面每个点的风速进行处理取平均数得出此截面的风速，可以保证风速的精确性，让实验的数据更可靠，也让实验的结果更加精确可靠。

附图说明

图1所示为本发明类矩形与圆形相连的地铁缩尺隧道火灾烟气控制实验系统的主视图；

图2所示为图1的a-a剖面图；

图3所示为非事故隧道风速测点布置图；

图4所示为事故隧道风速测点布置图；

图5所示为温度测点布置图；

图6所示为烟气观察系统布置图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明的类矩形与圆形相连的地铁缩尺隧道火灾烟气控制实验系统原理图如图1-图2所示，包括隧道主体、温度测试系统、风速测试系统、烟气观察系统、火源8及燃烧物重量数据采集系统。所述隧道主体由事故隧道2、非事故隧道6及连接所述事故隧道2与非事故隧道6的联络通道3组成，所述事故隧道2为圆形缩尺隧道，所述非事故隧道6为类矩形缩尺隧道，所述联络隧道3的两端分别设置有可拆卸挡烟垂壁。挡烟垂壁来延缓烟气通过隧道的时间。所述事故隧道2的进车口处设置有提供纵向风量的第一风机4，所述事故隧道2的出车口处设置有提供纵向风量的第二风机1，所述第一风机4与第二风机1为推拉风的送风方向。所述非事故隧道6的两侧分别设置有正压送风的第三风机5和第四风机7，所述第三风机5和第四风机7为对吹的送风方向。所述第一风机4、第二风机1、第三风机5和第四风机7分别通过变频器控制风速。所述火源8设置于所述事故隧道2内部。所述风速测试系统包括安装于所述事故隧道2与非事故隧道6内的多个风速仪9，多个所述风速仪9分别与风速数据采集器连接，采集所述第一风机、第二风机、第三风机和第四风机在不同频率下在隧道不同位置截面的风速。所述风速仪为热线风速仪。非事故隧道内的风速测点布置图如图3所示，在所述非事故隧道6内的同一测风截面上，多个所述风速仪9成九宫格设置。事故隧道内的风速测点布置图如图4所示，在所述事故隧道2内的同一测风截面上，多个所述风速仪9采用等面积中心点法设置。在实验中，我们把热线风速仪固定在一个金属架上，把隧道截面分成若干个等面积的部分，热线风速仪感应部分放置在这些划分区域的中心，做成一个移动式风速测量装置，将同截面每个点的风速进行处理取平均数得出此截面的风速，可以保证风速的精确性，让实验的数据更可靠，也让实验的结果更加精确可靠。

测温点的分布图如图5所示，所述温度测试系统包括在事故隧道2与非事故隧道6内分别布置的等量对称固定热电偶11作为测温点，在联络通道口的两侧分别布置一个固定温度串12，每个所述固定温度串12由四个热电偶组成。所述火源附近1米处设置移动点温度串13，由于在不同的实验中需要移动火源位置，故该温度串作为移动温度串来测量火源温度的变化。所述固定热电偶11、固定温度串12及移动点温度串13分别与温度数据采集器连接。

本实施例中，所述烟气观察系统布置图如图6所示，包括摄像机及多个均布于所述事故隧道2与非事故隧道6内的摄像头10，监控烟气运动规律。

所述火源8置于油盘中；所述油盘设置在所述联络通道3下游。所述燃烧物重量数据采集系统包括安装于所述油盘下方的监控燃烧物重量的电子秤，所述电子秤与重量数据采集器连接，用于对燃烧过程的变化进行记录。

本发明的实验系统中采用轮胎作为燃烧物，所述火源的热释放速率为5-10mw；火灾发展情况采用t²火增长模型。

本发明的实验过程如下：

(1)检查温度数据采集系统、烟气观察系统、燃烧物重量数据采集系统软件能够正常使用，并校准时间使电脑和设备均与北京时间同步；

(2)检查试验所用各热电偶温度测点、失重法量热设备是否处于正常工作状态；

(3)点火前启动风机，根据环境因素的不同，对风机风速进行修正，确定启动风机频率；

(4)启动所述温度测试系统、风速测试系统、烟气观察系统及燃烧物重量数据采集系统，开始摄录并记录数据；

(5)点燃所述火源8中的燃烧物，先不启动风机；根据所述烟气观察系统的拍摄情况，待观察到烟气明显回流时开启所述事故隧道2内的所述第一风机4和第二风机1，所述第一风机4与第二风机1为推拉风的送风方向，使得在火源位置断面达到临界风速，以保证烟气不发生回流现象；事故隧道与非事故隧道测量风速的方法是：将事故隧道或非事故隧道的截面划分为若干个等面积的部分，测量中心点的风速，再求平均数得出各个截面的风速；

(6)开启所述事故隧道内的所述第一风机和第二风机后，待烟气蔓延侵入所述非事故隧道后开启所述非事故隧道6内的第三风机5和第四风机7，所述第三风机5和第四风机7为正压对吹的送风方向，以保证烟气不经过中间联络通道到达非事故隧道；

(7)待火熄灭后，关闭所述第一风机4、第二风机1、第三风机5和第四风机7；

(8)保存实验数据，整理试验数据，检查是否数据完整以便后续数据整理和报告使用。

本发明的实验系统中，事故隧道通过推拉送风对控制火灾的蔓延与发展、确保人员疏散的安全性具有重要作用。为了尽可能的降低事故隧道送风风速过大而浪费资源，拟在事故隧道推拉送风最不利情况下，改变纵向送风风速，然后分析事故隧道的纵向温度分布，观察烟气纵向蔓延规律，得出不同纵向风速下火灾烟气纵向控制效果，从而得出最佳的风速配比，确定事故隧道的送风风速。考虑到通风系统荷载、经济效益比等因素，拟改变非事故隧道双侧送风风速，通过分析联络通道口的纵向温度分布以及流场分布情况，得到事故隧道烟气侵入非事故隧道情况，明确各送风风速阻断烟气蔓延至非事故隧道的效果，确定非事故隧道送风风速。本发明对研究类矩形地铁隧道与圆形地铁隧道相连的火灾烟气规律提供了研究平台，为地铁隧道发生火灾时提供了解决方案，本发明可用于类矩形隧道与圆形隧道相连的火灾试验研究，不仅可以节约资源，提高地下交通效率，分担地上运输压力，还可以大大提高火灾发生时的人员逃离时间，具有良好的社会效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。