一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置的制作方法

本实用新型属于狭长空间消防控制领域，具体涉及一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置。

背景技术：

在矿井巷道、湿热地区公路隧道等高湿、炎热和通风的狭长空间环境中，火灾发展和烟气蔓延呈现复杂性和不确定性特点，主要体现在：(1)高湿环境会促进火灾烟气中炭黑粒子的生成，进而增强烟气层对燃料表面和火焰的热辐射,然而高湿空气同时会削弱火焰对周围环境的热辐射、抑制燃料的热解和引燃；(2)炎热环境对于燃料的热解、引燃、火灾的成长和充分发展具有促进作用；(3)狭长空间通风卷吸的新鲜空气会在一定程度上促进燃烧的进行，但同时增强了火焰烟气和周围环境的对流换热损失。国内外学者围绕不同压力、常温环境、自然通风或机械通风条件下火灾发展动力学规律进行了大量卓有成效的研究，但目前关于火灾的研究未能综合考虑空气湿度、高温炎热环境和通风条件因素对火灾发展和烟气蔓延规律的影响，造成湿-热-风狭长空间火灾危险性评价、火灾探测准确性及防灭火和应急救援技术措施效率降低。

关于狭长空间细水雾灭火技术，前人的研究主要是在不同压力、常温和通风环境下进行的，认为细水雾灭火是火焰及气相冷却、衰减热辐射、隔氧窒息、动力学作用等多种机理共同作用的结果。然而，由于以下原因，细水雾对湿-热-风狭长空间火灾的控制机制呈现复杂性和不确定性：(1)高湿环境会抑制细水雾雾化和气化，削弱细水雾灭火的气相冷却机制；但增强了细水雾凝并，有助于细水雾对燃料表面的冷却和浸润作用；(2)炎热环境有助于细水雾雾化和气化，加强了细水雾灭火的气相冷却作用；(3)通风同时会造成雾形偏移和雾动量下降，细水雾的火焰冷却、液相冷却和稀释隔绝氧气的灭火机理受到抑制；(4)湿-热-风狭长空间特殊的火灾发展和烟气蔓延规律亦增加了细水雾控制火灾机制的不确定性。

在湿-热-风狭长空间火灾发展动力学研究的基础上，本实用新型提出的细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，对于湿-热-风狭长空间中高效的控火灭火技术的研究和开发，及其火灾安全保障具有重要的意义。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，其特征在于，包括：狭长空间实验模型、中央控制系统、温湿度环境控制系统、通风环境及气流控制系统、细水雾灭火系统和实验测量系统；

所述狭长空间实验模型为两端与外界连通的长方形壳体；

所述实验模型的底部布置若干个燃料盘；

所述中央控制系统包括触控屏、工控机和可编程控制器；

所述触控屏与工控机连接，通过触控屏向工控机输入控制信息；

所述工控机与可编程控制器连接，通过可编程控制器控制所述实验装置的工作状态；所述工控机分别与温湿度环境控制系统、通风环境及气流控制系统、细水雾灭火系统和实验测量系统连接，并接收各类工作状态信息，并通过触控屏显示所述工作状态信息；

所述可编程控制器分别连接温湿度环境控制系统、通风环境及气流控制系统、细水雾灭火系统和实验测量系统；

所述温湿度环境控制系统包括蒸汽回风口、蒸汽风道、温度传感器、湿度传感器、蒸汽风机、蒸汽加热器、风量控制阀、蒸汽加湿器、蒸汽送风口和风道开闭阀门；

所述蒸汽风道依次串联蒸汽回风口、温度传感器、湿度传感器、蒸汽风机、蒸汽加热器、风量控制阀、蒸汽加湿器、蒸汽送风口；

所述蒸汽回风口安装于实验模型的顶部；

所述蒸汽送风口分别布置于实验模型的内侧壁的上部和下部；

所述蒸汽回风口与蒸汽回风口的间距足够保证实验模型内蒸汽送风均匀且不发生送回风气流短路；

所述温湿度环境控制系统的蒸汽气流采用侧送上回方式；

所述通风环境及气流控制系统包括横向通风系统和纵向通风系统两部分；

所述横向通风系统包括横向排风口、横向风阀、排风道、横向排风机；

所述排风口有若干个，按相同间距安装在实验模型的顶部；

每个排风口与排风道间安装有横向风阀，分别与中央控制系统连接，以控制排风口的开启度大小或开闭排风口；

所述排风道的一端封闭，另一端与横向排风机连接；

所述横向排风机与中央控制系统连接；

所述纵向通风系统通过在所述实验模型的一端设置纵向排风机实现，纵向排风机外侧为纵向排风口，安装有纵向风阀，以控制纵向排风口的开启度大小或开闭纵向排风口；

所述细水雾灭火系统由细水雾发生系统、细水雾供水管路和细水雾喷头组成；

所述细水雾发生系统与细水雾供水管路连接；

所述细水雾供水管路位于实验模型顶棚和侧壁；

所述细水雾喷头分别安装在顶部和侧壁的细水雾供水管路上；所述细水雾喷头内装有电磁阀和压力计，与中央控制系统连接；

所述中央控制系统根据压力计提供的压力值，通过电磁阀控制细水雾的流量；

所述实验测量系统包括辐射热流计组、辐射热流计、烟气分析探头、流速计、能见度分析仪、红外摄像仪、高速工业摄像机和热电偶；

所述辐射热流计组，包括4个辐射热流计，分别按照底板、连续火焰、间歇火焰和火羽流热辐射的高度设置在实验模型内的燃料盘周围；每个燃料盘周围布置一组辐射热流计组；

在每个燃料盘对应的连续火焰的位置上，设置一个辐射热流计；

所述烟气分析探头有若干个，设置在燃料盘周围和顶棚周围；

所述流速计设置在与烟气分析探头相同高度的位置上；

所述能见度分析仪设置在实验模型内；

所述红外摄像仪和高速工业摄像机安装在实验模型内；

所述热电偶有若干个，分别设置在实验模型内。

所述燃料盘的位置关系和所述燃料的种类和质量根据实验要求确定。

所述狭长空间实验模型的宽高比按照与现场狭长空间相同的宽高比搭建，狭长空间实验模型的两端与外界连通，为缩尺实验模型，通过调节缩尺实验模型使狭长空间实验模型的长度与现场狭长空间的长度达到实验要求的比例；所述狭长空间实验模型的壁面和顶部的内侧采用双层钢板内嵌岩棉保温层的结构，以模仿现场狭长空间的蓄热特性。

所述辐射热流计为水冷式热流计。

根据不同通风系统沿程阻力损失和局部阻力损失，选择各个风机的可调频率范围、风机扬程和风量，排风道和风口的尺寸，以满足所述横向通风系统和纵向通风系统下相同的通风量和相同断面平均风速的达成，以实现不同通风系统下火灾发展和烟气蔓延规律的对比分析。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，为湿-热-风狭长空间火灾发展动力学的试验研究提供了保障，在此基础上，进一步开展细水雾控制湿-热-风狭长空间火灾机理和有效性，以及系统最优化运行机制的研究，对于细水雾灭火技术在矿井巷道、公路隧道等湿热环境和复杂通风环境中的推广应用具有重要的技术支撑作用。

本实用新型设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中所述细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置的结构示意图；

图2为图1的1-1断面图。

图中：1、狭长空间实验模型；2、燃料盘；3、蒸汽回风口；4、蒸汽风道；5、温度传感器；6、湿度传感器；7、蒸汽风机；8、蒸汽加热器；9、风量控制阀；10、蒸汽加湿器；11、蒸汽送风口；12、风道开闭阀门；13、横向排风口；14、排风道；15、横向排风机；16、纵向排风机；17、细水雾发生系统；18、细水雾供水管路；19、细水雾喷头；20、辐射热流计；21、烟气分析探头；22、流速计；23、能见度分析仪；24、红外摄像仪；25、高速工业摄像机；26、热电偶。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

本实用新型提出一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，如图1和图2所示，包括狭长空间实验模型1、中央控制系统、温湿度环境控制系统、通风环境及气流控制系统、细水雾灭火系统和实验测量系统；

所述狭长空间实验模型1的宽高比按照与现场狭长空间相同的宽高比搭建，狭长空间实验模型1的两端与外界连通，为缩尺实验模型，通过调节缩尺实验模型使狭长空间实验模型1的长度与现场狭长空间的长度达到实验要求的比例；所述狭长空间实验模型1的壁面和顶部的内侧采用双层钢板内嵌岩棉保温层的结构，以模仿现场狭长空间的蓄热特性；

所述实验模型1的底部布置若干个燃料盘2，用于容纳燃料；实验中点燃燃料以模仿狭长空间不同发烟特性和不同位置火源的燃烧过程；

本实施例中，所述燃料为甲醇、乙醇、汽油或柴油；

所述燃料盘2的位置关系和所述燃料的种类和质量根据实验要求确定；

所述中央控制系统包括触控屏、工控机和可编程控制器；

所述触控屏与工控机连接，通过触控屏向工控机输入控制信息；

所述工控机与可编程控制器连接，通过可编程控制器控制所述实验装置的工作状态；所述工控机分别与温湿度环境控制系统、通风环境及气流控制系统、细水雾灭火系统和实验测量系统连接，并接收各类工作状态信息，并通过触控屏显示所述工作状态信息；

所述可编程控制器分别连接并控制温湿度环境控制系统、通风环境及气流控制系统、细水雾灭火系统和实验测量系统；

所述温湿度环境控制系统用于保障实验模型1内的温度、湿度的均匀分布，以达到实验初始环境条件控制的精度要求；所述温湿度环境控制系统包括蒸汽回风口3、蒸汽风道4、温度传感器5、湿度传感器6、蒸汽风机7、蒸汽加热器8、风量控制阀9、蒸汽加湿器10、蒸汽送风口11和风道开闭阀门12；

所述蒸汽风道4依次串联蒸汽回风口3、温度传感器5、湿度传感器6、蒸汽风机7、蒸汽加热器8、风量控制阀9、蒸汽加湿器10、蒸汽送风口11；

所述蒸汽回风口3安装于实验模型1的顶部；

所述蒸汽送风口11布置于实验模型1的内侧壁的上部和下部；

所述蒸汽回风口3与蒸汽送风口11的间距足够保证实验模型1内蒸汽送风均匀且不发生送回风气流短路；

所述温湿度环境控制系统的蒸汽气流采用侧送上回方式；所述实验模型1的气体由蒸汽回风口3进入风道，通过温度传感器5和湿度传感器6的检测，得出气体的温度和湿度，发送至中央控制系统；中央控制系统据此得出控制指令，分别控制蒸汽风机7、蒸汽加热器8、风量控制阀9、蒸汽加湿器10和风道开闭阀门12的动作，从而使风道内的气体转为符合实验要求的蒸汽，然后通过蒸汽送风口11送入实验模型1内部；

所述通风环境及气流控制系统包括横向通风系统和纵向通风系统两部分；

所述横向通风系统包括横向排风口13、横向风阀、排风道14、横向排风机15；

所述排风口有若干个，按一定间距安装在实验模型1的顶部；

每个排风口与排风道14间安装有横向风阀，分别与中央控制系统连接，以控制排风口的开启度大小或开闭排风口；

所述排风道14的一端封闭，另一端与横向排风机15连接；

所述横向排风机15与中央控制系统连接；

所述纵向通风系统通过在所述实验模型1的一端设置纵向排风机16实现，纵向排风机16外侧为纵向排风口，安装有纵向风阀，以控制纵向排风口的开启度大小或开闭纵向排风口；

根据不同通风系统沿程阻力损失和局部阻力损失，选择各个风机的可调频率范围、风机扬程和风量，排风道14和风口的尺寸，以满足所述横向通风系统和纵向通风系统下相同的通风量和相同断面平均风速的达成，以实现不同通风环境下火灾发展和烟气蔓延规律的对比分析；

所述细水雾灭火系统由细水雾发生系统17、细水雾供水管路18和细水雾喷头19组成；

所述细水雾发生系统17用于提供细水雾，与细水雾供水管路18连接；

所述细水雾供水管路18位于实验模型1顶棚和侧壁；

所述细水雾喷头19以一定间隔分别安装在顶部和侧壁的细水雾供水管路18上，分别用于实现不同间距和不同高度细水雾顶喷和侧喷灭火机理和有效性的分析；所述细水雾喷头19内装有电磁阀和压力计，与中央控制系统连接；

所述中央控制系统根据压力计提供的压力值，通过电磁阀控制细水雾的流量；

所述实验测量系统包括辐射热流计组、辐射热流计20、烟气分析探头21、流速计22、能见度分析仪23、红外摄像仪24、高速工业摄像机25和热电偶26；

所述辐射热流计组，包括4个辐射热流计20，分别按照底板、连续火焰、间歇火焰和火羽流热辐射的高度设置在实验模型1内的燃料盘2周围，分别用于各个位置的热辐射，以供分析火灾过程中的热传递机制；每个燃料盘2周围布置一组辐射热流计组；

在每个燃料盘2对应的连续火焰的位置上，设置一个辐射热流计20，用于分析火灾过程中的热传递机制；

本实施例中，所述辐射热流计20为水冷式热流计；

所述烟气分析探头21有若干个，设置在燃料盘2周围和顶棚周围，用于测试实验过程中的气体成分，即燃料卷吸新鲜空气和烟气中O2、CO、CO2和炭黑粒子的成分状况；

所述流速计22设置在与烟气分析探头21相同高度的位置上，用于测试火场中的气流速度，即烟气的流动速度和卷吸空气的流速；

所述能见度分析仪23设置在实验模型1内，用于测试实验模型1内的能见度，从而得出细水雾对火场中的能见度，以及细水雾雾滴的粒径分布、雾化角、有效雾通量、雾滴速度分布和雾动量；

所述红外摄像仪24和高速工业摄像机25安装在实验模型1内，用于获取实验模型1内的图像信息；

所述热电偶26有若干个，按一定水平和垂直间距设置在实验模型1内，用于测试实验模型1内各个位置的温度。

一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置在自然通风条件下的实验方法，采用上述细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，包括以下步骤：

步骤1，向中央控制系统输入实验条件和控制条件；所述实验条件，即实验温度和实验湿度条件；所述控制条件，即控制实验模型1顶棚或侧壁的细水雾喷头19进行持续或间歇的开启的情况，以及电磁阀喷出细水雾的流量；

步骤2，中央控制系统控制横向排风机15和纵向排风机16关闭，按照实验条件分别调整实验测量系统的各项设备，开启温湿度环境控制系统；

步骤3，实验模型1的气体由蒸汽回风口3进入风道，通过温度传感器5和湿度传感器6的检测，得出气体的温度和湿度，发送至中央控制系统；中央控制系统据此得出控制指令，分别控制蒸汽风机7、蒸汽加热器8、风量控制阀9、蒸汽加湿器10和风道开闭阀门12的动作，从而使风道内的气体转为符合实验条件的蒸汽，然后通过蒸汽送风口11送入实验模型1内部；

步骤4，如果气体的温度与实验温度条件的误差小于+2℃，且气体的湿度与实验湿度条件的误差小于+5％，则进入步骤5；否则，返回步骤3；

步骤5，点燃燃料；

步骤6，待点火2min后，中央控制系统根据控制条件控制细水雾喷头19进行相应动作；

步骤7，利用实验测量系统的各相应设备，获取在控制条件的作用下，实验模型1在自然通风和实验条件下各个位置的温度、热辐射、气流速度、气体成分、能见度、图像、以及细水雾雾滴的粒径分布、雾化角、有效雾通量、雾滴速度分布和雾动量，并传至中央控制系统；中央控制系统据此得出自然通风条件下，在所述温度和湿度条件下火灾发展与烟气蔓延的传热学参数；

步骤8，数据采集结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态；

步骤9，改变控制条件，重复步骤2-8，得到另一组传热学参数数据；

步骤10，选取各个实验条件中传热学参数控制效果最好的控制条件，重复若干次步骤2-8，以验证实验结果，得出自然通风时可供实际工程参考的细水雾喷头19安装和运行方式；

步骤11，实验结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态。

实施例2：

一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置在横向通风条件下的实验方法，采用上述细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，包括以下步骤：

步骤1，向中央控制系统输入实验条件和控制条件；所述实验条件，即实验温度和实验湿度条件；所述控制条件，即控制实验模型1顶棚或侧壁的细水雾喷头19进行持续或间歇的开启的情况，以及电磁阀喷出细水雾的流量，以及各个横向排风口13的开启度；

步骤2，中央控制系统控制横向排风口13处于打开状态，纵向排风口处于关闭状态；按照实验条件分别调整实验测量系统的各项设备，开启温湿度环境控制系统；

步骤3，实验模型1的气体由蒸汽回风口3进入风道，通过温度传感器5和湿度传感器6的检测，得出气体的温度和湿度，发送至中央控制系统；中央控制系统据此得出控制指令，分别控制蒸汽风机7、蒸汽加热器8、风量控制阀9、蒸汽加湿器10和风道开闭阀门12的动作，从而使风道内的气体转为符合实验条件的蒸汽，然后通过蒸汽送风口11送入实验模型1内部；

步骤4，如果气体的温度与实验温度条件的误差小于+2℃，且气体的湿度与实验湿度条件的误差小于+5％，则进入步骤5；否则，返回步骤3；

步骤5，点燃燃料；

步骤6，待点火2min后，中央控制系统控制横向排风机15开启，并根据控制条件控制各个横向排风口13的开启度，以控制排风量；

步骤7，利用实验测量系统的各相应设备，获取在控制条件的作用下，实验模型1在横向通风和实验条件下各个位置的温度、热辐射、气流速度、气体成分、能见度、图像、以及细水雾雾滴的粒径分布、雾化角、有效雾通量、雾滴速度分布和雾动量，并传至中央控制系统；中央控制系统据此得出横向通风条件下，在所述温度和湿度条件下火灾发展与烟气蔓延的传热学参数；

步骤8，横向通风环境下的数据采集结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态；

步骤9，进行步骤1-6，然后中央控制系统根据控制条件控制细水雾喷头19进行相应动作；

步骤10，利用实验测量系统的各相应设备，获取在控制条件的作用下，实验模型1在横向通风和实验条件下各个位置的温度、热辐射、气流速度、气体成分、能见度、图像、以及细水雾雾滴的粒径分布、雾化角、有效雾通量、雾滴速度分布和雾动量，并传至中央控制系统；中央控制系统据此得出横向通风条件下，在所述温度和湿度条件下火灾发展与烟气蔓延的传热学参数；

步骤11，横向通风环境下进行细水雾灭火操作的数据采集结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态；

步骤12，改变控制条件，重复步骤2-12，得到另一组传热学参数数据；

步骤13，选取各个实验条件中传热学参数控制效果最好的控制条件，重复若干次步骤2-8，以验证实验结果，得出自然通风时可供实际工程参考的细水雾喷头19安装和运行方式；

步骤14，实验结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态。

实施例3：

一种细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置在纵向通风条件下的实验方法，采用上述细水雾控制湿热风狭长空间火灾的实验装置，包括以下步骤：

步骤1，向中央控制系统输入实验条件和控制条件；所述实验条件，即实验温度和实验湿度条件；所述控制条件，即控制实验模型1顶棚或侧壁的细水雾喷头19进行持续或间歇的开启的情况，以及电磁阀喷出细水雾的流量，以及纵向排风口的开启度；

步骤2，中央控制系统控制横向排风口13处于关闭状态，纵向排风口处于打开状态；按照实验条件分别调整实验测量系统的各项设备，开启温湿度环境控制系统；

步骤3，实验模型1的气体由蒸汽回风口3进入风道，通过温度传感器5和湿度传感器6的检测，得出气体的温度和湿度，发送至中央控制系统；中央控制系统据此得出控制指令，分别控制蒸汽风机7、蒸汽加热器8、风量控制阀9、蒸汽加湿器10和风道开闭阀门12的动作，从而使风道内的气体转为符合实验条件的蒸汽，然后通过蒸汽送风口11送入实验模型1内部；

步骤4，如果气体的温度与实验温度条件的误差小于+2℃，且气体的湿度与实验湿度条件的误差小于+5％，则进入步骤5；否则，返回步骤3；

步骤5，点燃燃料；

步骤6，待点火2min后，中央控制系统控制纵向排风机16开启，并根据控制条件控制纵向排风口的开启度，以控制排风量；

步骤7，利用实验测量系统的各相应设备，获取在控制条件的作用下，实验模型1在纵向通风和实验条件下各个位置的温度、热辐射、气流速度、气体成分、能见度、图像、以及细水雾雾滴的粒径分布、雾化角、有效雾通量、雾滴速度分布和雾动量，并传至中央控制系统；中央控制系统据此得出纵向通风条件下，在所述温度和湿度条件下火灾发展与烟气蔓延的传热学参数；

步骤8，纵向通风环境下的数据采集结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态；

步骤9，进行步骤1-6，然后中央控制系统根据控制条件控制细水雾喷头19进行相应动作；

步骤10，利用实验测量系统的各相应设备，获取在控制条件的作用下，实验模型1在纵向通风和实验条件下各个位置的温度、热辐射、气流速度、气体成分、能见度、图像、以及细水雾雾滴的粒径分布、雾化角、有效雾通量、雾滴速度分布和雾动量，并传至中央控制系统；中央控制系统据此得出纵向通风条件下，在所述温度和湿度条件下火灾发展与烟气蔓延的传热学参数；

步骤11，纵向通风环境下进行细水雾灭火操作的数据采集结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态；

步骤12，改变控制条件，重复步骤2-12，得到另一组传热学参数数据；

步骤13，选取各个实验条件中传热学参数控制效果最好的控制条件，重复若干次步骤2-8，以验证实验结果，得出自然通风时可供实际工程参考的细水雾喷头19安装和运行方式；

步骤14，实验结束，中央控制系统控制横向排风口13和纵向排风口开启，并控制横向送风机和纵向送风机开启，使实验模型1内的温度、湿度和气体成分恢复至实验前的正常状态。