[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

技術領域

本發明屬于空氣流場測試技術領域，特別涉及一種車廂窗口處氣流狀態示蹤裝置及實驗方法，主要用于如內燃機車運行狀態下的窗口處氣流動狀態測定和機車內部的氣流狀態測定等。

背景技術

消防科學研究中常常需要測量車廂窗口處的氣流狀態，如內燃機車運行狀態下的窗口處氣流動狀態測定，機車內部的氣流狀態測定等。空氣作為火災發生的三要素之一，對于火災發生發展、火災狀態、火災撲救時機的選擇都有很大的影響，是消防研究中必須分析和測試的重點。目前車廂內火災研究中的空氣量測定大多依靠在窗口處指定位置布置風速儀的方法，以點流場代替整個面的流場進行進氣量的估算，存在著較大的計算誤差，一是測試過程中，無法判定窗口處及車廂內部的流動狀態，因此往往忽略空氣擾動產生的局部回流影響因素。二是由于運動車體復雜風場的方向實時變化，這些復雜的氣流狀態依靠現有的風速儀難以測定和測準。三是，風速儀設置后只能測定指定方向的風速，而實際在窗口處流動的空氣往往和窗口有一定的角度，風速儀的測試結果無法準確描述實際氣流狀態。此外，空氣在車廂內部的流動狀態也無法得知，更無法判斷火災時風場對于火災蔓延的影響。因此構建車廂窗口處氣流狀態示蹤裝置對于此類問題的研究顯得尤為重點。

發明內容

本發明的目的，旨在為消防研究過程中提供一種測試車廂窗口處氣流狀態的示蹤裝置并針對該裝置提出測試方法，彌補現有研究手段的不足和空白。

本發明可實現實時顯示窗口處氣流跡線，直觀的判斷氣流方向，與攝像機、數據采集器、風速儀等設備結合使用還可以分析氣流流速，進一步可計算車廂窗口處空氣流通量，此參數可以作為消防研究過程中的實驗控制參數或模擬邊界條件。

本發明為實現上述目的，所采用的技術方案是：一種車廂窗口處氣流狀態示蹤裝置，包括煙氣發生器、儲煙罐、風機、流量調節閥、電源，其特征在于：還包括干管、支管、緩沖管、釋放管，所述緩沖管、釋放管和流量調節閥構成煙氣釋放組管，在兩端封堵的緩沖管的兩側，間隔對稱的連接數對釋放管，每根釋放管的外側為封堵狀態，在數對釋放管上分別間隔豎直向下的設有數個煙氣釋放孔，在緩沖管中間一側的緩沖管上設有流量調節閥，流量調節閥的輸出口與緩沖管和數對釋放管相通；

所述儲煙罐分別與煙氣發生器和風機連接，風機依次通過干管和支管分別與至少一組釋放組管流量調節閥的輸入端連接，電源為煙氣發生器和風機提供電源；所述干管、支管、緩沖管、釋放管和儲煙罐均為透明材質。

一種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的大小和形式確定；

第二、根據車廂窗口的大小和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上的數對釋放管的間距不大于350mm，數對釋放管水平方向應布滿整個窗口，釋放管上的數個煙氣釋放孔的孔徑為40mm，方向豎直向下，數個煙氣釋放孔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上各個煙氣釋放孔的出流偏差過大，因此設計中應在緩沖管內盡量降低動壓提高靜壓，緩沖管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、干管和支管的管徑的選取按照煙氣量和設計速度不大于2.5m/s，支管上設置流量調節閥；

第五、儲煙罐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、攝像機和與計算機連接的數據采集器，可直觀的顯示流場狀態，數個風速儀采用三杯式風速儀，與示蹤裝置的釋放管平行布置，數個風速儀與釋放孔的位置和數量對應，也可根據實驗需求適當增減，風速儀通過補償導線與數據采集器連接；數據采集器將數據傳輸到計算機，并通過計算機繪制時間和風速曲線，實現時時顯示風速的效果；攝像機至少布置兩臺，拍攝窗口平行面一臺，拍攝窗口垂直面一臺，攝像機可以直觀拍攝出煙氣流動狀態，經過計算機圖像分析可以得到流動跡線，結合風速儀測得的速度數據結果獲取整個空間的流場狀態；