[發明專利]一種車廂窗口處氣流狀態示蹤裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201710730416.2
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107290128A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 趙力增;紀超;陳濤;夏建軍;劉晅亞
• 申請（專利權）人: 公安部天津消防研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司12105
• 代理人: 胡京生

1.一種車廂窗口處氣流狀態示蹤裝置，包括煙氣發生器（1）、儲煙罐（2）、風機（3）、流量調節閥（4）、電源（5），其特征在于：還包括干管（6）、支管（7）、緩沖管（8）、釋放管（9），所述緩沖管（8）、釋放管（9）和流量調節閥（4）構成煙氣釋放組管，在兩端封堵的緩沖管（8）的兩側，間隔對稱的連接數對釋放管（9），每根釋放管（9）的外側為封堵狀態，在數對釋放管（9）上分別間隔豎直向下的設有數個煙氣釋放孔（9-1），在緩沖管（8）中間一側的緩沖管（8）上設有流量調節閥（4），流量調節閥（4）的輸出口與緩沖管（8）和數對釋放管（9）相通；

所述儲煙罐（2）分別與煙氣發生器（1）和風機（3）連接，風機（3）依次通過干管（6）和支管（7）分別與至少一組釋放組管流量調節閥（4）的輸入端連接，電源（5）為煙氣發生器（1）和風機（3）提供電源；所述干管（6）、支管（7）、緩沖管（8）、釋放管（9）和儲煙罐（2）均為透明材質。

2.一種采用權利要求1所述的車廂窗口處氣流狀態示蹤裝置的實驗方法，其特征在于：

步驟一，設計計算；

第一、確定釋放煙氣量，煙氣量的確定應根據車廂的體積和機械排風和自然排風狀態及車廂窗口大小及形式確定；

第二、根據車廂窗口大小及形式確定煙氣釋放組管布局，煙氣釋放組管的管路設計需滿足釋放煙氣能夠覆蓋整個窗口，設計原則為垂直于緩沖管（8）上的數對釋放管（9）的間距不大于350mm，數對釋放管（9）水平方向應布滿整個窗口，釋放管（9）上的數個煙氣釋放孔（9-1）的孔徑為40mm，方向豎直向下，數個煙氣釋放孔（9-1）的數量根據設計流速不大于2.5m/s和煙氣量確定，均勻分布；

第三、緩沖管（8）的設計是防止煙氣在較長管道中運行，累計沿程阻力過大而使釋放管（9）上各個煙氣釋放孔（9-1）的出流偏差過大，因此設計中應在緩沖管（8）內盡量降低動壓提高靜壓，緩沖管（8）截面尺寸應根據煙氣量和設計速度不大于1.5m/s計算；

第四、干管（6）和支管（7）的管徑的選取按照煙氣量和設計速度不大于2.5m/s，支管（7）上設置流量調節閥（4）；

第五、儲煙罐（2）作為壓力平衡和煙氣儲存用容器，頂端開口，體積采取10s的煙氣量；

第六、風機（3）采用直流無刷變頻風機，風量需滿足煙氣量的1.5倍，壓力滿足壓力損失計算；

第七、煙氣發生器（1）采用數碼煙霧機，煙霧密度和空氣接近，可長時間懸浮在空氣中且沒有毒害，綜合成本較低，煙氣量及產生煙氣速度最小應大于2倍的煙氣量，并可連續發生煙霧；

步驟二，系統連接調試；該裝置配合風速儀（10）、攝像機（11）和與計算機（12）連接的數據采集器（13），可直觀的顯示流動狀態，數個風速儀（10）采用三杯式風速儀，與示蹤裝置的釋放管（9）平行布置，數個風速儀（10）與釋放孔（9-1）的位置和數量對應，也可根據實驗需求適當增減，風速儀（10）通過補償導線與數據采集器（13）連接；數據采集器（13）將數據傳輸到計算機（12），并通過計算機（12）繪制時間和風速曲線，實現時時顯示風速的效果；攝像機（11）至少布置兩臺，拍攝窗口平行面一臺，拍攝窗口垂直面一臺，攝像機（11）可以直觀拍攝出煙氣流動狀態，經過計算機（12）圖像分析可以得到流動跡線，結合風速儀（10）測得的速度數據結果獲取整個空間的氣流狀態；

步驟三，進行試驗；實驗過程包括煙氣生成及導入、煙氣流量調節、氣流示蹤及數據收集，實驗開始時，流量調節閥（4）保持全開啟狀態；需先開啟風機（3）使空氣在管道內循環，同時預熱煙氣發生器（1），待煙氣發生器（1）預熱完成后開啟，煙氣依次由干管（6）、支管（7）、流量調節閥（4）、緩沖管（8）、釋放管（9）和釋放孔（9-1）釋放到車廂窗口處，調節風機（3）的轉速來控制流量，使得釋放管路釋放孔（9-1）中的煙氣噴射距離不大于釋放管（9）的間距，之后調節流量調節閥（4）實現精調，使煙氣在車廂內跡線清晰可見又不至過快充滿整個空間；煙氣量通過煙氣發生器（1）的控制或啟動關斷的方法調節，以煙氣時刻充滿儲煙罐（2）作為控制標準；開始實驗數據的采集和記錄視頻；

風速儀（10）采集風速數據并將數據以電壓信號的形式傳輸給數據采集器（13），數據采集器（13）連續記錄數據并通過計算機（12）端的軟件將電壓信號計算還原為風速數據，同時繪制風速和時間曲線，攝像機（11）拍攝煙氣示蹤裝置所釋放出的煙氣，并將圖像儲存到計算機，攝像機（11）記錄的時間應與計算機（12）時間保持一致；

步驟四，實驗結束及整理；

實驗結束后，關閉煙氣發生器（1），待煙氣耗盡后依次關閉風機（3）和流量調節閥（4）；

攝像機（12）的錄像存儲至計算機，通過視頻編輯軟件導入時間坐標，可以直觀顯示車廂窗口處的實時流動狀態，判斷車廂窗口處的風向；風速儀（10）采集的風速數據通過數據采集器（13）記錄并導入計算機（12）后通過數據采集器的軟件繪制入口處時間和速度曲線，可以據此計算得到車廂通過窗口處的換氣量，從而為后續發生火災空間的風場模擬及火災耗氧量計算提供數據。