用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，包括风机、电动阀、流量传感器、空气加热器、加湿器和热电偶，实验隧道和支架，风机、电动阀、空气加热器、加湿器和热电偶通过管道顺次连接，最后还通过管道与实验隧道连接，通过流量传感器控制电动阀的开度来控制送风量；通过空气加热器控制所送风的温度；通过加湿器控制所送风的湿度。本实用新型系统结构简单，控制方便，操作灵活。采用本实用新型可模拟隧道火灾场景下通风系统的实况，该系统风量、温度、湿度均可控制，为模拟隧道火灾在不同通风量、不同空气温度、湿度下所产生的烟气蔓延提供可靠的实验装置。
【专利说明】用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种隧道火灾实验装置，尤其涉及用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统。
【背景技术】
[0002]近年来发生的多起重大隧道火灾事故警示人们，隧道在给人们生活带来交通便利的同时，隧道防火的安全形势也越来越严峻，隧道火灾如不能得到很好的控制，将带来灾难性的后果。因此，对公路隧道火灾的研究，一直以来都是国内外学者研究的重点。
[0003]因为隧道火灾的发生具有随机性和不确定性，所以，国内外研究公路隧道火灾的主要方法有:理论分析、数值模拟和实验模拟。理论分析方法是一种重要的基本研究方法，根据流体力学、燃烧学、传热学等自然科学基本原理对火灾现象进行总结、整理、归纳和分析，进而得出火灾发生的影响因素及其间相互关系，找出火灾发展和传播的基本规律。理论分析方法是实验研究和数值模拟的基础。
[0004]数值模拟方法可有效地预测隧道火灾烟气分布，虽然利用该方法研究隧道火灾投入较少，但数值模拟方法还是一种比较有效的研究方法。该方法的理论依据是基于火灾发展所遵循的连续性方程、动量守恒定律、能量守恒定律以及化学反应定律等普遍成立的守恒定律，将这些定律用数学方法表达出来，通过计算得到火灾过程中速度、温度、烟气等火灾参数的分布规律及随时间的变化规律。
[0005]实验模拟方法主要分为2种:(1)全尺寸及大尺寸模拟实验方法；(2)小尺寸模拟实验方法。在隧道火灾的研究中，由于隧道结构特殊，建造全尺寸或者大尺寸的实验平台需要耗费大量的人力、物力、财力。所以，小尺寸模拟实验方法在研究隧道火灾相关实验中显得尤其重要，并成为了研究隧道火灾的主要研究方法。国外对隧道火灾的研究起步较早，如著名的奥芬耐格(Ofenegg)隧道火灾实验(Haerter, A., “Fire Tests in theOfenegg-Tunnel in 1965, ” Internat1nal Symposium on Catastrophic Tunnel Fires,Boros, Sweden, November 2003),瑞士的几位学者研究了在不同通风条件下，隧道火灾的发展和烟气流动规律；Lee 等人(C.K.，Hwang, C.C., Singer, J.M.und Chauken,R.F.(1979) “Influence of Passageway Fires on Ventilat1n Flows", SecondInternat1nal Mine Ventilat1n Congress, Reno, Nevada, 4-8 November.)为石开究抑制隧道火灾烟气出现回流的临界风速进行了小尺寸模拟实验；日本的Hitoshi Kur1ka等(Hitoshi Kur1ka, Yasushi Oka and Hiroomi Satoh.Fire properties in near fieldof square fire source with longitudal ventilat1n in tunnels [J].Fire SafetyJournal.2003, (38):319-340.)研究纵向通风隧道中靠近火灾源地区的火焰特性，进行了全尺寸及大尺寸隧道火灾实验。
[0006]与国外相比，国内对交通隧道火灾的研究起步较晚，不仅开展的研究项目较少，而且没有进行很深入的研究，其成果尚不能满足工程建设的需要。杨其新等(曹智明，杨其新.秦岭终南山特长公路隧道火灾模式下的通风组织试验方案研究[J].公路，2003(7): 177-180.)开展了秦岭终南山特长公路隧道防灾救援技术的研究，通过火灾模型试验研究了火灾时隧道内不同区域温度、压力和烟气蔓延分布的发展变化规律，并根据实验结果提出了火灾阶段划分和隧道火灾的防火措施。胡隆华等m分别进行了小尺寸和全尺寸隧道火灾实验研究，分析了纵向风速时隧道火灾羽流形态以及烟气蔓延的热物理特性。
[0007]目前，小尺寸隧道火灾模拟实验主要侧重于研究隧道内通风系统的风速、隧道坡度等因素对烟气蔓延的影响，而实际情况下，烟气蔓延还与通风系统的风量、温度和湿度有着密切关系。为开展通风系统的风量、温度和湿度对烟气蔓延影响的研究，有必要建立相关的实验基础。
实用新型内容
[0008]为满足上述【背景技术】中的要求，本实用新型提供一种风量可自动控制，空气温度和湿度均可调节的用于坡度可调隧道火灾风洞实验方法与装置送风系统，以帮助研究人员模拟通风系统实际工况，以研究分析在不同风量、不同温度和不同湿度的通风条件下烟气蔓延的规律，分析其中的影响因素，为控制火灾的发展和传播提供有效的实验基础。
[0009]用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，包括风机、电动阀、流量传感器、空气加热器、加湿器和热电偶，实验隧道和支架，风机、电动阀、空气加热器、加湿器和热电偶通过管道顺次连接，最后还通过管道与实验隧道连接，通过流量传感器控制电动阀的开度来控制送风量；通过空气加热器控制所送风的温度；通过加湿器控制所送风的湿度。
[0010]进一步优化实施的，电动阀安装在风机出口的管道上，在电动阀的出口安装流量传感器，其后管道上分别通过法兰连接空气加热器、加湿器，在实验隧道入口的管道上热电偶以螺纹连接方式安装于管道上，用于显示温度。
[0011]进一步优化实施的，所述的电动阀和流量传感器共同构成一个流量自动控制系统，其中，流量传感器有一个硅片，利用热传递的量热原理，实现气体流量的检测与执行，并将测得的流量信号转化为电压信号，通过比较该信号与所设流量对应的电压信号之间的偏差，发出控制信号驱动控制电动阀的开度，来消除电压信号偏差，即只要被控气体流量偏离设定值，就会控制信号驱动控制电动阀的开度以去消除偏差，维持系统中风量恒定(在给定值附近)。
[0012]进一步优化实施的，所述的空气加热器是一个组件，它包括有电源、法兰、冷空气进口、加热器管道、不锈钢电加热管、热空气出口和底座，电源一端连接若干所述的不锈钢电加热管，不锈钢电加热管为U型，每根不锈钢电加热管有两个电极通过电线接入电源中，电源位于不锈钢电加热管的顶部以法兰连接的方式安装在加热器管道内，加热管道一端为冷空气进口，另一端为热空气出口 ；加热器管道固定在底座上，通过其两端冷空气进口和热空气出口以法兰连接的方式接入送风系统的管道中。
[0013]进一步优化实施的，所述的加湿器包括干空气进口、加湿通道、湿膜、湿空气出口，加湿通道的两端分别为干空气进口和湿空气出口，其中，干空气进口与湿空气出口为圆柱形，通过法兰连接安装于送风系统的管道中，湿膜固定于加湿通道的内部，加湿通道的截面为与湿膜外形相匹配的长方形。
[0014]进一步优化实施的，通过空气加热器和热电偶，将从冷空气进口进来的空气加热到所需温度，加热范围为环境温度?70°C。
[0015]进一步优化实施的，所述的湿膜吸水后形成均匀的水膜，当干燥的空气通过湿膜材料时，干燥的空气和湿润的湿膜表面接触，使空气的湿度增加，从而达到加湿的目的。
[0016]进一步优化实施的，通过设定加湿器的淋水量，使从干空气进口进入的空气经过湿膜后达到所需湿度，相对湿度控制范围为环境湿度、5%。
[0017]本实用新型与现有实验送风系统相比，其有益的显著效果如下:
[0018]1、本实验送风系统设计先进，控制方便，操作灵活，采用本实用新型可模拟隧道火灾场景下通风环境的实况；
[0019]2、与传统的同类型实验送风系统相比，本系统风量、温度、湿度均可调节，为研究隧道内发生火灾时，需要通风系统所提供的风与不同工况相匹配的最优状态提供实验基础；
[0020]3、与传统的同类型实验送风系统相比，本系统采用流量自动控制系统，利用负反馈对风量进行调节，具有风量稳定的优点；
[0021]4、与传统的同类型实验送风系统相比，本系统加强了隧道通风环境与隧道火灾发展的研究，有助于有效控制隧道内的空气环境，以便分析通风环境与隧道火灾烟气蔓延规律间的关系。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统的结构示意图。
[0023]图2和图3分别为空气加热器的结构主视图及其左视图。
[0024]图4和图5分别为加湿器的结构主视图及其左视图。
[0025]图中:
[0026]1-风机；2_电动阀；3_流量传感器；4_空气加热器；5_加湿器；6_热电偶；7-实验隧道；8-支架；9-电源；10_法兰；11-冷空气进口 ；12_底座；13-不锈钢电加热管；14_热空气出口 ； 15-干空气进口 ； 16-湿膜；17-湿空气出口 ；F-被测流量；C-流量控制(调节)；M-电源。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对实用新型的实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护不限于此。以下未特别详细说明的过程均是本领域技术人员可参照现有技术进行的。
[0028]参见图1用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，由风机1、电动阀2、流量传感器3、空气加热器4、加湿器5、热电偶6、实验隧道7、支架8组成。风机I出口的管道上装有电动阀2，在电动阀2的出口安装流量传感器3的测量点，其后管道上分别安装有空气加热器4、加湿器5，并以法兰连接安装在管路中，在隧道入口管路上装有热电偶6可以读取温度。流量传感器3的测量点设置在电动阀2出口管道上，当一定流量的风经过测量点时，测量点接收到信号，并将信号传送给流量传感器3。通过给定流量传感器3的流量值，流量传感器3利用负反馈系统发送指令给电动阀2，使电动阀2的阀门开度发生改变，以维持风量在给定流量值附近。实验时，流量控制系统可采用型号为MFC1000气体质量流量控制器。
[0029]参见图2，空气加热器4包括电源9、法兰10、冷空气进口 11、底座12、不锈钢电加热管13、热空气出口 14。电源9 一端连接有一定数量的不锈钢电加热管13，这些电加热管为U型，每根加热管有两个电极通过电线接入电源9中，电源9从空气加热器4的顶部以法兰连接的方式安装在加热器管道内，电源9开启后，不锈钢电加热管13发热，产生热量，由冷空气进口 11进入的空气在流经不锈钢电加热管13时被加热，再由热空气出口 14流出。实验时，可采用型号为FJH-3B型空气加热器。
[0030]参见图3，加湿器5包括干空气进口 15、湿膜16、湿空气出口 17。其中，干空气进口 15与湿空气出口 17为圆柱形，通过法兰连接安装于管路中。加湿器5的主体部分包括湿膜16，主体截面与湿膜16外形相匹配为长方形。实验时，改变加湿器5对湿膜16的淋水量以调节湿膜16吸水量，由干空气进口 15进入的空气流经湿膜16后获得一定湿度，再由湿空气出口 17流出。实验时，采用WFG-10型湿膜加湿器。
[0031]实验时，开启风机1，具有一定速度的风经过电动阀2以及流量传感器3所组成的流量控制系统，获得一定的流量，该流量值由实验者给定。具有一定流量的风分别经过空气加热器4和加湿器5，获得一定的温度和湿度，进入实验隧道7。实验中，可通过热电偶6的指示，读取所通风的温度。
[0032]操作方法如下:实验时，整个流程为开启风机1，产生具有一定速度的风，经过电动阀2以及流量传感器3所组成的流量控制系统，该流量控制系统负反馈对风量进行调节，获得稳定的流量，该流量值由实验者给定。具有一定流量的风分别依次经过空气加热器4和加湿器5，获得一定的温度和湿度，进入实验隧道7。由此，系统风量、温度、湿度均得到了调节。进入实验隧道的空气温度可通过热电偶6指示出来。实验过程中，输入的风量值、温度、湿度均可按需设定，为研究通风系统所提供的风与不同工况相匹配的最优状态提供实验基础；利用本系统进行实验所得实验数据可供分析通风环境与隧道火灾烟气蔓延规律间的关系。
【权利要求】
1.用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，其特征在于包括风机(I)、电动阀(2)、流量传感器(3)、空气加热器(4)、加湿器(5)和热电偶(6)，实验隧道(7)和支架(8)，风机(I)、电动阀(2)、空气加热器(4)、加湿器(5)和热电偶(6)通过管道顺次连接，最后还通过管道与实验隧道(7)连接，通过流量传感器(3)控制电动阀(2)的开度来控制送风量；通过空气加热器(4)控制所送风的温度；通过加湿器(5)控制所送风的湿度。
2.根据权利要求1所述的用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，其特征在于电动阀⑵安装在风机⑴出口的管道上，在电动阀⑵的出口安装流量传感器⑶，其后管道上分别通过法兰连接空气加热器(4)、加湿器(5)，在实验隧道(7)入口的管道上热电偶(6)以螺纹连接方式安装于管道上，用于显示温度。
3.根据权利要求1所述的用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，其特征在于:所述的电动阀(2)和流量传感器(3)共同构成一个流量自动控制系统，其中，流量传感器(3)包含一个娃片。
4.根据权利要求1所述的用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，其特征在于:所述的空气加热器(4)是一个组件，它包括有电源(9)、法兰(10)、冷空气进口(11)、加热器管道、不锈钢电加热管(13)、热空气出口(14)和底座(12)，电源(9) 一端连接若干所述的不锈钢电加热管(13)，不锈钢电加热管为U型，每根不锈钢电加热管有两个电极通过电线接入电源(9)中，电源(9)位于不锈钢电加热管的顶部以法兰连接的方式安装在加热器管道内，加热管道一端为冷空气进口(11)，另一端为热空气出口(14);加热器管道固定在底座(12)上，通过其两端冷空气进口(11)和热空气出口(14)以法兰连接的方式接入送风系统的管道中。
5.根据权利要求1所述的用于坡度可调隧道火灾风洞实验装置的送风系统，其特征在于:所述的加湿器(5)包括干空气进口(15)、加湿通道、湿膜(16)、湿空气出口(17)，加湿通道的两端分别为干空气进口(15)和湿空气出口(17)，其中，干空气进口(15)与湿空气出口(17)为圆柱形，通过法兰连接安装于送风系统的管道中，湿膜(16)固定于加湿通道的内部，加湿通道的截面为与湿膜(16)外形相匹配的长方形。
【文档编号】G01M9/04GK204202845SQ201420523674
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】龙新峰, 张雪琴, 楼波 申请人:华南理工大学