CN111816016A - 一种复杂通风网络火灾模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂通风网络火灾模拟系统，包括子通道主体、支撑架、火源模拟系统、通风系统和监测系统；子通道主体由第一子通道、第二子通道、第三子通道、第四子通道、第五子通道、第六子通道和第七子通道拼接而成，各子通道均包括顶板、底板和两个侧板，各子通道之间采用法兰连接，且两个法兰之间的夹层加密封垫密封；方便研究串联、并联、串并联，上行、下行通风控制及多点火源，多因素下的烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准，为灾前预防和灾后应急救援提供理论支撑。

Description

一种复杂通风网络火灾模拟系统

技术领域

本发明涉及一种安全科学与工程技术，尤其涉及一种复杂通风网络火灾模拟系统。

背景技术

在社会的发展过程中，为了满足人类生活生产和出行的需要，商场、办公楼、地铁、隧道、矿井等地上和地下建筑都逐渐呈现相互交叉的复杂网络结构。由于这种结构上的复杂性，加上网络系统内强制通风的影响，一旦发生火灾，将给人类的生命和财产安全造成不可估计的损失。火灾产生的高温烟流在建筑中蔓延，遇到可燃物，将引起二次火灾进一步扩大灾害范围；高温烟流所含的有毒有害气体可以使受困人员中毒和窒息死亡；当火源上风侧的风流小于临界风速，会发生烟流逆退或旁侧风路风流逆转，进而影响受困人员的撤退和整个通风网络的安全。因此，对复杂通风网络内火灾烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准的研究具有重要意义。

开展复杂通风网络火灾研究的方法主要有数值模拟和实验研究。数值模拟方法在模拟分析过程中往往要对边界条件和材料属性进行简化，且在数值计算过程中，选择结构离散化的形式不同，得到的结果和精度也不同，缺乏可靠性。实验研究包括全尺寸实验和缩尺寸实验。全尺寸实验消耗大量的财力和人力，不易开展，难以获得大量的数据。满足相似比例的小尺寸实验以成本低，可重复试验，结果可靠的优点得到了广泛的应用。

现有技术的小尺寸火灾模拟系统在结构和功能上都具有一定的局限性，无法模拟复杂通风网络系统的火灾场景。

实验系统是单一的子通道，不能同时研究串联、并联、及串并联子通道中的火灾烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转关键判别标准；实验系统的通风机位置固定，无法同时模拟上行和下行两种通风控制情况下，火灾烟气的流动情况；火源数量单一，未考虑存在多点火源的火灾场景；实验系统固定，不能进行多因素条件下的火灾烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂通风网络火灾模拟系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的复杂通风网络火灾模拟系统，包括子通道主体、支撑架、火源模拟系统、通风系统和监测系统；

所述子通道主体由第一子通道、第二子通道、第三子通道、第四子通道、第五子通道、第六子通道和第七子通道拼接而成，各子通道均包括顶板、底板和两个侧板，各子通道之间采用法兰连接，且两个法兰之间的夹层加密封垫密封；

所述第五子通道的顶板、底板和一侧侧板所用材料为碳钢，另一侧侧板所用材料为防火玻璃，防火玻璃密封嵌入玻璃框架内，其余子通道的顶板、底板和两个侧板所用材料均为碳钢。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的复杂通风网络火灾模拟系统，方便研究串联、并联、串并联，上行、下行通风控制及多点火源，多因素下的烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准，为灾前预防和灾后应急救援提供理论支撑。

附图说明

图1为本发明实施例提供的复杂通风网络火灾模拟系统俯视示意图；

图2为本发明实施例提供的复杂通风网络火灾模拟系统前视图；

图3为本发明实施例提供的复杂通风网络火灾模拟系统左视图；

图4为本发明实施例中三通管的示意图。

图中：

1、第一子管道，2、第二子管道，3、第三子管道，4、第四子管道，5、第五子管道，6、第六子管道，7、第七子管道，8、三通一，9、三通二，10、弯头，11、防烟阀门，12、温度传感器，13、温度串传感器，14、压力传感器，15、风速传感器，16、氧气浓度仪，17、一氧化碳浓度仪，18、二氧化碳传感浓度仪，19、变频风机，20、支架，21、横梁，22、油盘一，23、供气管一，24、油盘二，25、供气管二，26、储油箱，27、双层防火加厚排烟软管，28、法兰，29、折弯板，30、后板。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的复杂通风网络火灾模拟系统，其较佳的具体实施方式是：

包括子通道主体、支撑架、火源模拟系统、通风系统和监测系统；

所述子通道主体由第一子通道、第二子通道、第三子通道、第四子通道、第五子通道、第六子通道和第七子通道拼接而成，各子通道均包括顶板、底板和两个侧板，各子通道之间采用法兰连接，且两个法兰之间的夹层加密封垫密封；

所述第五子通道的顶板、底板和一侧侧板所用材料为碳钢，另一侧侧板所用材料为防火玻璃，防火玻璃密封嵌入玻璃框架内，其余子通道的顶板、底板和两个侧板所用材料均为碳钢。

所述第一子通道的一端与第二子通道的中部通过三通管由法兰连接；

所述第四子通道的两端分别与第五子通道的中部和第三子通道的中部通过三通管由法兰连接，使得第四子通道平行于水平面；

所述第二子通道的两端分别与第三子通道、第五子通道通过弯头采用法兰连接；

所述第六子通道的两端分别与第三子通道、第五子通道通过弯头采用法兰连接；

所述第七子通道的一端与所述第六子通道的中部通过三通管采用法兰连接；

整个系统由所述第三子通道和第五子通道向上倾斜，其余子通道与地面保持水平。

所述第五子通道顶板上沿纵向中心线方向设有多个圆形开口，开口处设置有传感器；

所述第五子通道底板上沿纵向中心线方向设有2个圆形开口，开口处放置油盘或采用耐火材料封闭；

其它子通道顶板上沿纵向中心线方向各设有若干圆形开口，开口处设置有孔塞或传感器。

所述支撑架由横梁和支撑柱组成，所用材料为碳钢，支撑架安装于每一子通道底部，且第一和第二子通道的支撑柱高度为50cm，第六子通道的支撑柱高度为150cm，使得第三子通道和第五子通道与地面形成12°的夹角。

所述火源模拟系统包括储油箱和供气管，所述储油箱包括油泵和两个分油箱，所述第五子通道底板开口处放置的2个油盘通过供气管分别与所述储油箱的两个分油箱连接；

利用连通器原理使得油盘中的油面保持稳定高度。

所述通风系统包括变频风机、防烟阀门以及防火排烟软管，所述变频风机分别设于所述第一子通道和第七子通道；

通过改变风机的位置，改变系统的上下山通风控制方式。

所述防烟阀门分别设置于第二、第四子通道的三通管，以及第六子通道和第七子通道的相交处，共设置六个防烟阀门；

通过调节防烟阀门的开关，改变子通道的风速以及系统的串并联方式。

所述监测系统包括温度测试系统、流场检测系统、无纸记录仪和图像记录系统；

所述的温度测试系统包括温度串传感器、温度传感器，温度串传感器布置于第五子通道，其它子通道的圆形开口按需求设置温度传感器；

所述流场检测系统包括压力传感器、风速传感器、一氧化碳浓度仪、二氧化碳浓度仪及氧气浓度仪；

图像记录系统为数码像机，布置在第五子通道防火玻璃面的一侧。

本发明的复杂通风网络火灾模拟系统，通过改变防烟阀门开关，变频风机的位置及风量，火源的数量和火源功率，可分别研究在串联、并联、串并联通风系统中，上行、下行通风控制及多点火源，多因素条件下的火灾烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准研究。方便研究串联、并联、串并联，上行、下行通风控制及多点火源，多因素下的烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准，为灾前预防和灾后应急救援提供理论支撑。

具体实施例：

参照附图1-3，本发明提供一种复杂通风网络火灾模拟系统，包括子通道主体、支撑架、火源模拟系统、通风系统、监测系统。

子通道主体由第一子通道1、第二子通道2、第三子通道3、第四子通道4、第五子通道5、第六子通道6和第七子通道7由法兰连接而成，且子通道主体以第一子通道1为对称轴形成对称。

所述第一子通道1和第二子通道2通过三通管1由法兰连接。第四子通道4和第五子通道5、第四子通道4和第三子通道3均通过三通管2由法兰连接而成，使得第四子通道4平行于水平面。

所述第二子通道1和第三子通道2、第五子通道5，第六子通道6和第三子通道3、第五子通道5均通过弯头10采用法兰连接而成。

所述子通道主体横截面均为30*30cm的正方形，其中第一子通道1的长为200cm，第二子通道2、第四子通道4和第六子通道6长均为400cm。第三子通道3和第五子通道5长均为500cm。第七子通道7长为300cm。各子通道所用材料除第五子通道均为碳钢。

所述第五子通道5顶板、底板和后侧板所用材料为碳钢，前侧板由厚4mm的防火玻璃密封嵌入玻璃框架内形成，以便观察火源燃烧后的烟流流动现象。

所述第五子通道5底板主板上沿纵向中心线方向设有2个圆形开口，用以放置油盘，不放置油盘时采用耐火材料封闭。第五子通道5顶板主板上沿纵向中心线方向每隔50cm设有1个圆形开口，共设10个，用以安装温度串传感器，通过这些温度串传感器可以测量火源分支纵向和横向烟流温度的变化。其它子通道顶板主板上沿纵向中心线方向各设有若干圆形开口，用于安装各个传感器，预留口上设置有孔塞。

所述支撑架由支架20和横梁21构成。支架20和横梁21所用材料均为碳钢。支撑架位于每一子通道的下方，且第一子通道1的支撑架高50cm，第六子通道6的支撑架高150cm，使得第三子通道3和第五子通道5沿水平方向倾斜12°。

参照附图4所示，第四子通道4和第五子通道5相交处用三通管2通过法兰连接。三通管2由法兰28、弯折板29、后板30组成。该连接方式可保证第五子通道与地面水平。

参照附图1所示，火源模拟系统包括油盘二2，供气管二3，油盘二4、供气管二5，储油箱26。储油箱包括油泵和两个分油箱。油盘通过供气管分别和储油箱里的两个分油箱连接。利用连通器原理使得油盘中的油面保持稳定高度。不放置油盘时采用耐火材料封闭

所述油盘二3距第子五子通道5端口的距离为117.5cm，油盘二4距第子五子通道5端口为382.5cm。当在第子五子通道5只放置油盘二4时，可研究第四子通道4发生风流逆转的判别条件。当在第子五子通道5同时放置油盘二3、油盘二4时，可研究双火源条件下，火灾烟气流动关键特征、烟流逆退和风流逆转等关键判别标准。

参照附图1-3所示，通风系统由变频风机19、防烟阀门11和双层防火加厚排烟软管27组成。双层防火加厚排烟软管27安装于第七子通道端部。变频风机19可安装于第一子通道1端部，压入式送风，形成上行通风控制；也可以安装于双层防火加厚排烟软管27外侧，压入式送风，形成下行通风控制。

所述变频风机19选用SE-A250H轴流变频风机，最大风量为2000m3/h，无极变频，压入式送风，通过调节频率大小可以任意改变纵向通风速率，进而研究火灾烟流逆退和风流逆转的临界风速。

参照附图1所示，防烟阀门11分别安装于第二子通道2、第四子通道4三通管处、及第六子通道6和第七子通道7的相交处，共安装6个防烟阀门。防烟阀门11采用的双轴挡板风门，风门开口的大小可任意调节，通过调节风门的开关，可以改变风速以及系统的串并联方式。

参照附图1-3所示，所述监测系统包括温度测试系统、流场检测系统、无纸记录仪和图像记录系统。温度测试系统包括温度传感器12、温度串传感器13、流场检测系统包括压力传感器14、风速传感器15、氧气浓度仪16、一氧化碳浓度仪17，二氧化碳传感浓度仪18、

所述温度串传感器13布置于第五子通道5顶板下一定距离的纵向中心线上。每串温度串传感器13的布置间隔为50cm，共布置10串。温度串传感器13由不同长度的3根K型热电偶丝和保护套管组成。温度串传感器13的热电偶丝均耐温1000℃，其中靠近火源中心的两串温度串传感器13的保护套管耐温2520℃，其余温度串传感器13的保护套管耐温1000℃。

靠近火源中心的两串温度串传感器的3根热电偶丝沿纵向中心线距顶板的距离分别为L1＝6.4cm，L2＝15.4cm，L3＝24.4cm。其余八串温度串传感器的3根热电偶丝沿纵向中心线距顶板的距离分别为L1＝9.4cm，L2＝19.4cm，L3＝29.4cm。

所述温度传感器12分别布置于第一子通道1、第三子通道3、第四子通道4、第七子通道7顶板下9cm处的纵向中心线上。温度传感器12选用的是耐温1000℃的k型热电偶。

所述压力传感器14和风速传感器15均布置于子通道顶板下10cm处的纵向中心线上，用以测量子通道内的风速和风压。压力传感器14和风速传感器15的布置位置可根据实际需要调整。

参照附图1所示，氧气浓度仪16、一氧化碳浓度仪17，二氧化碳传感浓度仪18分别布置在第二子通道2和第六子通道6顶板下10cm处的纵向中心线上，用以观测火灾产生的气体浓度变化情况。

所述图像记录系统采用数码相机，数码相机放置在第五子通道5防火玻璃侧，用于记录火源所在第五子通道5的烟气逆退及烟气层分布情况。可根据具体研究需要调整摄数码相机的摆放位置。

以上对本发明的基本原理、主要特征及其优点进行了详细的描述。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于，包括子通道主体、支撑架、火源模拟系统、通风系统和监测系统；

所述子通道主体由第一子通道、第二子通道、第三子通道、第四子通道、第五子通道、第六子通道和第七子通道拼接而成，各子通道均包括顶板、底板和两个侧板，各子通道之间采用法兰连接，且两个法兰之间的夹层加密封垫密封；

所述第五子通道的顶板、底板和一侧侧板所用材料为碳钢，另一侧侧板所用材料为防火玻璃，防火玻璃密封嵌入玻璃框架内，其余子通道的顶板、底板和两个侧板所用材料均为碳钢。

2.根据权利要求1所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于：

所述第一子通道的一端与第二子通道的中部通过三通管由法兰连接；

所述第四子通道的两端分别与第五子通道的中部和第三子通道的中部通过三通管由法兰连接，使得第四子通道平行于水平面；

所述第二子通道的两端分别与第三子通道、第五子通道通过弯头采用法兰连接；

所述第六子通道的两端分别与第三子通道、第五子通道通过弯头采用法兰连接；

所述第七子通道的一端与所述第六子通道的中部通过三通管采用法兰连接；

整个系统由所述第三子通道和第五子通道向上倾斜，其余子通道与地面保持水平。

3.根据权利要求2所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于：

所述第五子通道顶板上沿纵向中心线方向设有多个圆形开口，开口处设置有传感器；

所述第五子通道底板上沿纵向中心线方向设有2个圆形开口，开口处放置油盘或采用耐火材料封闭；

其它子通道顶板上沿纵向中心线方向各设有若干圆形开口，开口处设置有孔塞或传感器。

4.根据权利要求3所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于，所述支撑架由横梁和支撑柱组成，所用材料为碳钢，支撑架安装于每一子通道底部，且第一和第二子通道的支撑柱高度为50cm，第六子通道的支撑柱高度为150cm，使得第三子通道和第五子通道与地面形成12°的夹角。

5.根据权利要求4所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于，所述火源模拟系统包括储油箱和供气管，所述储油箱包括油泵和两个分油箱，所述第五子通道底板开口处放置的2个油盘通过供气管分别与所述储油箱的两个分油箱连接；

利用连通器原理使得油盘中的油面保持稳定高度。

6.根据权利要求5所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于，所述通风系统包括变频风机、防烟阀门以及防火排烟软管，所述变频风机分别设于所述第一子通道和第七子通道；

通过改变风机的位置，改变系统的上下山通风控制方式。

7.根据权利要求6所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于，所述防烟阀门分别设置于第二、第四子通道的三通管，以及第六子通道和第七子通道的相交处，共设置六个防烟阀门；

通过调节防烟阀门的开关，改变子通道的风速以及系统的串并联方式。

8.根据权利要求7所述的复杂通风网络火灾模拟系统，其特征在于，所述监测系统包括温度测试系统、流场检测系统、无纸记录仪和图像记录系统；

所述的温度测试系统包括温度串传感器、温度传感器，温度串传感器布置于第五子通道，其它子通道的圆形开口按需求设置温度传感器；

所述流场检测系统包括压力传感器、风速传感器、一氧化碳浓度仪、二氧化碳浓度仪及氧气浓度仪；

所述图像记录系统为数码像机布置在第五子通道防火玻璃面的一侧。

Images