一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置

本发明专利属于火灾通风，具体来说本发明涉及一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置。

背景技术：

1、由于地上交通压力的日益剧增，越来越多的城市开始建设浅埋公路隧道，目前城市公路隧道多为双洞单向，且出现多条隧道利用道路中间绿化带修建自然通风竖井组，相邻隧道竖井顶部开口相互靠近，无纵向错位长短不一，发生火灾时，烟气经由竖井串流至非着火隧道的可能性比较大，伤亡事故风险也显著增加。

2、《建筑设计防火规范》(gb50016-2014)针对顶部多开口城市交通隧道，指出：采用自然排烟时，应注意错位布置上下行隧道开设的自然排烟口或上下行隧道的洞口，防止非着火隧道汽车行驶形成的活塞风将邻近隧道排出的烟气倒吸入非着火隧道，造成烟气蔓延。但上述条文未给出定量数据。

3、目前国内外大多数学者只着眼于一侧隧道发生火灾时，隧道内的温度、烟气浓度以及风速的分布，鲜有针对一侧隧道着火时，烟气经由竖井顶部开口进入串流到未着火隧道的串流现象可能性与程度进行研究。

技术实现思路

1、针对上述技术不足，本发明提供了一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置对一侧隧道着火，另一侧隧道正常行车工况下的烟气特性进行研究。

2、本发明采用的技术方案如下：一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，包括隧道主体，所述的隧道主体的内部和外部均设置有数据采集系统，其特征在于，还包括：

3、设置于隧道主体底部的支撑机构，所述支撑机构包括支撑架和支撑板，所述支撑板的顶部与隧道主体的底部连接，所述隧道主体的顶部设置有竖井，所述隧道主体上部放置有支撑台，所述隧道主体顶部设置有通风装置，所述通风装置包括贯流风机和轴流风机，所述贯流风机放置在支撑台上，所述轴流风机安装在竖井里，所述隧道主体的中部设置有火源段，所述火源段包括火源，所述火源放置在支撑板上。

4、设置于隧道主体内外的数据采集系统包括热电偶树、热线风速仪、安捷伦温度/风速采集仪、piv三维流场测速仪和co浓度自记仪，所述数据采集装置通过隧道主体的开孔以及竖井顶部的三角铁安装。

5、如权利要求1所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的隧道主体，包括火源段和开口段，火源段的四周为不锈钢板，开口段的顶面和观察侧面为亚克力材质，每个开口段的顶部均有矩形开孔，开孔两侧设置插槽用于安装竖井和插板，整个隧道主体直接放在支撑架上的支撑板上。

6、如权利要求2所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的火源段，侧壁有矩形开孔，用于拆装火源，设置推拉门，点火后关闭防止漏烟。

7、如权利要求2所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的竖井，长度方向尺寸ls(调整范围为0m～0.6m)可利用插槽插入的深度调整竖井的开口长度。竖井高度h的尺寸范围为0.4m～0.6m，通过安装不同高度的竖井实现。两竖井之间的间距l1范围为：0～0.6m，火源与竖井之间的间距l2的范围为：2.7m～3.3m，通过移动竖井的位置实现，竖井截面为“几”字形，方便与插槽连接，插槽度等于插板厚度与竖井壁面厚度之和，从而实现插板从竖井底部插入。

8、如权利要求3所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的火源包括圆形铝合金油盘、不锈钢烟饼托盘，使用甲醇和发烟饼作为燃料，由相似准则：模型火源功率qm与实体火源功率qp的关系：qm/qp＝(lm/lp)5/2(其中lm/lp是模型试验台与实际隧道的比例)，得出模型试验的火源功率，根据甲醇燃烧热释放速率qm与燃烧面积af的关系式：从而得出试验所需的油盘面积。

9、如权利要求1所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的贯流风机和轴流风机，贯流风机放在支撑台上，送风方向与竖井出口在同一水平面上，用于模拟隧道外环境风，轴流风机用于模拟未着火隧道中车辆运动在竖井内引起的活塞风，轴流风机悬挂于竖井内部，风速大小由变频交流电源的输出频率控制。

10、如权利要求1所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的热电偶树为一根金属杆固定若干个热电偶，使用热熔胶粘接在隧道主体内，热电偶穿过隧道侧壁开孔(未使用的开孔使用橡胶塞封堵)测量隧道内的温度，热线风速仪通过三角铁固定在竖井顶部开口测量竖井出口处风速、热线风速仪穿过侧壁开孔测量隧道内风速，热电偶和热线风速仪连接安捷伦温度/风速采集仪，设定好时间步长后记录温度、风速值，所述的piv测速仪安装在观察侧外向隧道内发射激光，主要观察未着火隧道竖井底部的气流状态，位置可调，所述的co浓度自记仪探头通过侧壁开孔伸入模型内测得隧道内co浓度，也可放置在竖井顶部开口测量排烟中co浓度。

11、本发明的优点：1)燃料生成物和烟气绿色无毒；2)可用于研究双洞隧道火灾在多因素影响下，着火隧道烟气经由相邻竖井顶部开口蔓延至非着火隧道的条件与限度；3)本发明相较于实物模型，实验消耗很少，可进行重复性试验。

技术特征：

1.一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，包括隧道主体，所述的隧道主体的内部和外部均设置有数据采集系统，其特征在于，还包括：

2.如权利要求1所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的隧道主体，包括火源段(5)和开口段，火源段(5)的四周为不锈钢板，开口段的顶面(15)和观察侧面为亚克力材质，每个开口段的顶部均有矩形开孔(16)，开孔两侧设置插槽用于安装竖井(10)和插板(12)，整个隧道主体直接放在支撑架(1)上的支撑板(2)上。

3.如权利要求2所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的火源段(5)，侧壁有矩形开孔，用于拆装火源(7)，设置推拉门(6)，点火后关闭防止漏烟。

4.如权利要求2所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的竖井(10)，长度方向尺寸ls(调整范围为0m～0.6m)可利用插槽(17)插入的深度调整竖井(10)的开口长度，竖井(10)高度h的尺寸范围为0.4m～0.6m，通过安装不同高度的竖井(10)实现，两竖井(10)之间的间距l1范围为：0～0.6m，火源(7)与竖井(10)之间的间距l2的范围为：2.7m～3.3m，通过移动竖井(10)的位置实现，竖井(10)截面为“几”字形，方便与插槽(17)连接，插槽(17)高度等于插板(12)厚度与竖井(10)壁面厚度之和，从而实现插板(12)从竖井(10)底部插入。

5.如权利要求3所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的火源(7)包括圆形铝合金油盘(27)、不锈钢烟饼托盘(26)，使用甲醇和发烟饼作为燃料，由相似准则：模型火源功率qm与实体火源功率qp的关系：qm/qp＝(lm/lp)5/2(其中lm/lp是模型试验台与实际隧道的比例)，得出模型试验的火源功率，根据甲醇燃烧热释放速率qm与燃烧面积af的关系式：qm＝345+1139af-1108af2+320af3，从而得出试验所需的油盘(27)面积。

6.如权利要求1所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的贯流风机(9)和轴流风机(11)，贯流风机(9)放在支撑台(8)上，送风方向与竖井出口在同一水平面上，用于模拟隧道外环境风，轴流风机(11)用于模拟未着火隧道中车辆运动在竖井(10)内引起的活塞风，轴流风机(11)悬挂于竖井(10)内部，风速大小由变频交流电源(24)的输出频率控制。

7.如权利要求1所述的可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，其特征在于，所述的热电偶树为一根金属杆(13)固定若干个热电偶(19)，使用热熔胶粘接在隧道主体内，热电偶(19)穿过隧道侧壁开孔(4)(未使用的开孔使用橡胶塞封堵)测量隧道内的温度，热线风速仪(14)通过三角铁(21)固定在竖井(10)顶部开口测量竖井(10)出口处风速、热线风速仪(14)穿过侧壁开孔(4)测量隧道内风速，热电偶(19)和热线风速仪(14)连接安捷伦温度/风速采集仪(20)，设定好时间步长后记录温度、风速值，所述的piv测速仪(25)安装在观察侧外向隧道内发射激光，主要观察未着火隧道(29)竖井(10)底部的气流状态，位置可调，所述的co浓度自记仪(22)探头通过侧壁开孔(4)伸入模型内测得隧道内co浓度，也可放置在竖井(10)顶部开口测量排烟中co浓度。

技术总结
本发明公开了一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置，包括隧道主体和数据采集系统，按照与三车道公路隧道1∶18的比例搭建。隧道主体由主框架、支撑架、竖井、顶板、侧板和分隔板构成，分为若干段，其中一段为不锈钢材质的火源段。主体内外设置了由贯流风机和轴流风机组成的通风系统。数据采集系统包括热电偶树、热线风速仪、安捷伦温度/风速采集仪、PIV三维流场测速仪以及CO浓度自记仪。本发明的优点：1)燃料生成物和烟气绿色无毒；2)可用于研究双洞隧道火灾在多因素影响下，着火隧道烟气经由相邻竖井顶部开口蔓延至非着火隧道的条件与限度；3)本发明相较于实物模型，实验消耗很少，可进行重复性试验。

技术研发人员：陈征,童艳,张广丽,龚延风,郭屹忠,茅钦,戴宝连,吕刚玉,彭涛,黄伟浩
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13