一种烟气控制系统的排热性能测试方法与流程

本发明涉及火灾科学和消防工程领域，具体涉及的是一种烟气控制系统的排热性能测试方法。
背景技术：
：在建筑及交通隧道发生火灾的过程中，可燃物的燃烧会释放出大量高温有毒烟气，同时还会释放大量热量。若火源释放的热量不能及时通过烟气控制系统排出隧道，则可能对隧道内人员安全造成严重危害，影响消防队员接近火源进行灭火救援，甚至还会对隧道结构造成严重破坏。目前，考查烟气控制系统烟气控制效果的常规判断方法主要通过现场测量烟气温度、能见度、烟气层高度等参数来进行判断，但由于所考查的空间区域通常较大，烟气沿水平方向蔓延距离远，因而不易大量测量这些烟气特征参数，并且这些常规参数均只反映了烟气的局部状态，并不能准确评价烟气控制系统的总体烟气控制效果，更不能量化反映烟气控制系统的总体排热性能。因此，现有检测烟气控制系统性能的方法仅仅只是测量排烟量，无法准确反映排热效果。技术实现要素：针对上述技术不足，本发明提供了一种烟气控制系统的排热性能测试方法，可以很好地量化分析烟气控制系统的排热性能，准确反映其排热效果。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种烟气控制系统的排热性能测试方法，包括以下步骤：(1)布置火源装置，并于其中加入燃料；(2)测量燃料的重量；(3)确定排烟口的开启位置，并根据排烟口大小将其分割为i个单元，并在每个排烟口单元内布置温度测点和风速测点；(4)点火60s后开启风机和对应位置的排烟口进行排烟，采集排烟口的烟气温度与流速，直至火源熄灭；(5)根据排烟口处的烟气温度和流速，按照下列公式计算每个排烟口处的对流排热速率QCHRR，得到相应排烟口的瞬时拍热性能：Q·CHRR=Σi=1i=Ncpm·iΔTi]]>式中，cp为空气比热，为通过第i个排烟口单元的烟气质量流率，且ρ＝1.2kg/m3，Si为第i个排烟口单元的面积，ΔTi为第i个排烟口单元内的烟气平均温升；(6)将各排烟口处的对流排热熟虑相叠加，得到烟气控制系统的总体对流排热速率即M为所开启的排烟口总数，j为所开启的第j个排烟口；(7)将QCHRR_fofal对时间进行积分，得到通过排烟口排出的对流排热总量，即(8)按照下列公式计算得到的结果量化分析不同排烟口开启模式下的排烟效果：ηCHR=Q·CHRR_totalQconv]]>式中，ηCHR为对流排热效率，其数值越高，代表烟气控制系统的烟气控制效果越好；Qconv为火源热释放量的对流分量，Qconv＝0.7Qfire，Qfire为火源总热释放量，且Qfire＝mΔHc，m为燃料质量，ΔHc为燃料的燃烧热值。作为优选，所述燃料为酒精、汽油、正庚烷中的任意一种或多种。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：由于发生火灾时，通常仅开启火源附近一定范围内的排烟口进行排烟，且排烟口间距较大，因此，本发明通过测量每个排烟口处的烟气流速和温度参数来计算单位时间内经过每个排烟口排出的热量(对流排热速率)，获得每个排烟口的瞬时排热性能，并以此计算出通过排烟口排出的对流排热总量，然后引入对流排热效率的计算，从而很好地量化分析出不同排烟口开启模式下的排烟效果，如此即可准确反映出烟气控制系统的排热效果。本发明流程设计合理、易于操作实现，且测试结果准确率高，因此，其非常适合在火灾科学和消防工程领域内推广应用。附图说明图1为本发明的流程示意图。图2为本发明-实例中试验隧道火源及排烟口的位置示意图。图3为本发明-实例中工况1不同位置排烟口处的对流排热速率示意图。图4为本发明-实例中工况2不同位置排烟口处的对流排热速率示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。本发明提供了一种涉及建筑/交通隧道烟气控制系统排热效果的测试方法，其引入了对流排热效率(ηCHR)这一指标来量化分析不同排烟口开启模式下的排烟效果。如图1所示，本发明的测试过程如下：(1)布置火源装置，并于其中加入燃料(宜选择酒精、汽油、正庚烷等成分简单、燃烧热值已知的燃料)；(2)测量燃料的重量；(3)确定排烟口的开启位置，并根据排烟口大小将其分割为i个单元，并在每个排烟口单元内布置温度测点和风速测点，i>0；(4)点火60s后开启风机和对应位置的排烟口进行排烟，采集排烟口的烟气温度与流速，直至火源熄灭；(5)根据排烟口处的烟气温度和流速，按照下列公式计算每个排烟口处的对流排热速率QCHRR，得到相应排烟口的瞬时排热性能：Q·CHRR=Σi=1i=Ncpm·iΔTi]]>式中，cp为空气比热(1.003kJ·kg-1·K-1)，为通过第i个排烟口单元的烟气质量流率(kg/s)，且ρ＝1.2kg/m3，Si为第i个排烟口单元的面积(m2)，ΔTi为第i个排烟口单元内的烟气平均温升(℃)；(6)将各排烟口处的对流排热速率相叠加，得到烟气控制系统的总体对流排热速率即M为所开启的排烟口总数，j为所开启的第j个排烟口；(7)将QCHRR_total对时间进行积分，得到通过排烟口排出的对流排热总量，即(8)按照下列公式计算得到的结果量化分析不同排烟口开启模式下的排烟效果：ηCHR=Q·CHRR_totalQconv.]]>上述ηCHR指标的物理意义是烟气控制系统的对流排热总量(QCHRR)与火源总热释放量的对流分量(Qfire)之间的比值，ηCHRR数值越大(0＜ηCHRR≤1)则烟气控制系统的排烟效率越高。上式中Qconv为火源热释放量的对流分量，也即以对流形式通过火羽流进入烟气层的热量，对于大多数燃料可近似为Qconv＝0.7Qfire，即对流分量是火源总热释放量的70％，剩余部分热量以热辐射和热传导的形式散失进入周围环境。火源总热释放量Qfire可通过燃料质量(m)与其燃烧热值(ΔHc)计算获得，即Qfire＝mΔHc。下面以一个实例来对本发明的测试效果进行阐述。以某150m长的隧道模型为例开展试验，如图2所示，主体隧道长150m，宽15.950m，高7.8m，隧道侧面开设6组排烟口与排烟道相连，相邻组之间的距离为22.5m，每组包括4个1m×2m的排烟口，排烟量恒定。本实例共设计了2种试验工况，主要使用0#柴油作为燃料，其目的是考查排烟口开启位置对烟气控制效果的影响，即对比开启第三、第四组和开启第三、第五组排烟口所对应的排热效果，具体试验工况如表1所示。序号火源功率(MW)燃料用量(kg)排烟量(m3/h)开启VG3开启VG4开启VG5工况14柴油15219600√√工况24柴油16219600√√表1对两个方案中相应排烟口处的烟气温度、流速和燃料质量进行测量，并按照上述流程计算每组排烟口对应的瞬时对流排热速率。图3和图4分别显示了两个工况中相应排烟口处的对流排热速率，从图中可看出第四组和第五组排烟口对应的对流速率均低于开启第三组排烟口处的相应数值，即开启近火源处的排烟口有利于火灾烟气排出。表2给出了计算获得的对流排热总量及对流排热效率，从后者可看出，工况1的对流排热效率高于工况2的对数值，即减小排烟口间距有利于提高整个系统的排热效率，因此工况1的排烟口开启方案优于工况2。表2通过上述实例可以看出，本发明提出的排热效率测试方法能够以量化的形式反映烟气控制系统的烟气控制效果，便于对不同的排烟方案进行对比分析。本发明通过设计一种新型的测试烟气控制系统排热性能的方法，克服了常规参数均只反映了烟气的局部状态、不能准确评价烟气控制系统的总体烟气控制效果的缺陷，实现了烟气控制系统的总体排热性能的量化，以便于对不同防排烟方案的烟气控制效果进行量化测试和对比。本发明很好地突破现有技术的限制，实现了创新，因而与现有技术相比，其具有突出的实质性特点和显著的进步。上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3