一种可用于双洞隧道的竖井烟气串流模拟装置

技术领域

本发明专利属于火灾通风技术领域，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

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。

《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。

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。

发明内容

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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L

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Q

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。

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。

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。

附图说明

图1a是本发明总体主视图，图1b是本发明总体侧视图；

图2a是竖井安装俯视图，图2b是竖井安装侧视图；

图3a是热电偶树示意图，图3b是隧道内热线风速仪布置示意图；图3c是竖井出口处热线风速仪布置示意图；图3d是CO浓度自记仪布置示意图；

图4是火源示意图；

图5a是轴流风机安装主视图，图5b是轴流风机安装俯视图；

图中标号：1-隧道支撑架；2-隧道支撑板；3-隧道主框架；4-观察侧开孔；5-火源段；6-火源段推拉门；7-火源；8-贯流风机支撑台；9-贯流风机；10-竖井；11-轴流风机；12-插板；13-热电偶支撑杆；14-热线风速仪；15-隧道顶板；16-隧道顶板开口；17-插槽；18-隧道两侧隔板；19-热电偶；20-安捷伦温度/风速采集仪；21-三角铁；22-CO浓度自记仪；23-钢丝绳；24-变频交流电源；25-PIV测速仪；26-烟饼托盘；27-油盘；28-火源支架；29-着火隧道；30-未着火隧道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

1)选择合适高度H的竖井10，将竖井10插入插槽17固定在开口段顶板开口16上，通过左右移动竖井10的位置来调整火源侧29竖井10与未着火隧道侧30竖井的水平间距L

2)隧道外安装贯流风机9，竖井10内安装小型轴流风机11，将热线风速仪14、热电偶19固定后连接至安捷伦温度/风速采集仪20、PIV测速仪25的激光对准未着火隧道30的竖井10下方、在隧道内和竖井10口安装CO浓度自记仪22。

3)根据燃烧面积与火源功率的关系式计算出实验所需的油盘27直径，打开火源段侧壁推拉门6放置火源支架28，在油盘27内装入适量甲醇后放在火源支架28上，在烟饼托盘26上放上烟饼，点火后关闭火源段侧壁活动门6。

4)点火的同时，打开PIV测速仪25、安捷伦温度/风速采集仪20和CO浓度自记仪22，试验记录人员准备打开手机相机记录，开启贯流风机9、轴流风机11，选择合适挡位，满足试验所需的风场要求。

5)PIV测速仪25朝隧道框架内部发射激光，把图像信息传输配套计算机、试验人员使用手机相机记录并用语音描述烟气宏观运动状态、安捷伦温度/风速采集仪20记录热电偶19和热线风速仪14采集的数据、CO浓度自记仪22记录隧道内和竖井10出口处的CO浓度。

6)试验结束后，关闭贯流风机9、轴流风机11，用油盘盖扑灭火源7，打开火源段侧壁活动门6，待烟饼冷却后使用镊子夹出，关闭所有测试设备，保存数据及影像。

7)改变H、Q、L

8)烟气串流的量化指标选用烟气温度、CO浓度，通过分析在不同的Q、L