[實用新型]一種縱向風作用下坡度可調式隧道火災模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201720215043.0
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN206946799U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 高子鶴;紀杰;原向勇;王浩波;萬華仙;李曼
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本實用新型屬于火災安全技術領域，具體涉及一種縱向風作用下坡度可調式隧道火災模擬實驗裝置，其具體為研究不同縱向通風風向和風速作用下，隧道火災熱釋放速率、火焰形態、頂棚射流溫度、速度分布、熱輻射通量的模擬實驗裝置。

背景技術

進入本世紀以來，我國公路隧道年均增長率高達20％，截止2013年底，已建成公路隧道11359座，總長度達9606公里，中國已成為世界上隧道工程建設規模最大、數量最多和難度最高的國家。很多公路隧道都存在一定的縱向坡度，縱坡參數是隧道工程中特有的參數。我國的《公路隧道設計規范》(JTG D70-2004)規定，隧道縱坡不應小于0.3％，一般情況不應大于3％。然而，由于地質環境的特殊性以及營運通風等的需要，實際隧道工程的坡度可超過此范圍，如西藏嘎隆拉公路隧道，其坡度達4.1％、長沙南湖路湘江隧道，最大坡度達 6％，歐洲的部分水下公路隧道，坡度甚至可達7％，且隨著特長公路隧道的大量涌現，隧道長大坡度的情況將變得更為普遍。聯合國經濟和社會理事會(Economic and Social Council) 的研究結果表明，在縱坡為2.5％的隧道內，火災、拋錨等事故發生的概率是水平隧道的5 倍。可見，縱向坡度的存在使得隧道內發生火災的可能性顯著增加，是影響隧道火災事故的重要因素之一。

隨著公路隧道數量和長度的增加，近年來國內外發生了多起重大公路隧道火災事故，如 2014年的中國晉濟高速公路巖后隧道火災，2010年的中國無錫惠山隧道火災，2007年的美國洛杉磯州際公路隧道火災，2006年的瑞士A13公路維馬拉隧道火災等。這些重大公路隧道火災事故的一個典型特征是巨大的火災載荷以及火災在縱向風作用下的發展。巨大的火災載荷來源于公路隧道中通行的大量重型貨車，這與主要通行小轎車和客車的城市隧道明顯不同。縱坡公路隧道內的縱向風主要來自于煙囪效應引起的縱向自然通風，射流風機產生的縱向強迫通風，以及環境風等。縱向通風一方面可增強羽流區的強迫摻混，促進燃燒，另一方面又會帶走燃燒區的熱量，抑制燃燒；不同條件下，起主導的作用不同。縱坡隧道內發生火災時，由于煙囪效應自然通風的方向為沿隧道上坡方向，而射流風機機械通風的方向可沿隧道上坡或下坡方向，因此，在二者的耦合作用下，不同的縱向通風條件(風速、風向)對不同坡度隧道內火災發展過程的影響將有很大不同。

火羽流熱物理特性是火災研究中的基礎科學問題，一直受到廣泛關注，但研究主要集中于建筑火災中的自由發展火羽流。公路隧道寬度相對較小且受車道限制，火災發生時，起火點可能靠近甚至緊貼側壁。Ji等人開展了水平隧道內的側壁對受限火羽流影響的實驗，發現在一定的范圍內，即使火源未緊貼側壁，也會受到側壁的影響，火源越靠近側壁，火羽流卷吸空氣受到的限制作用就越強，貼壁時限制作用最強?？梢?，受側壁影響，隧道內火羽流卷吸將呈現出不對稱性，此時受限火羽流熱物理特征參數將與非受限的對稱羽流有明顯差別。相對于水平隧道火災研究而言，縱向通風作用下不同坡度隧道內火災作為更加復雜火災場景逐漸受到了國內外研究者的關注，但主要集中于縱向通風對縱坡隧道內煙氣運動的影響，部分學者也開展了縱坡隧道內受限火羽流的研究。但是，在前人研究中一方面多采用火焰未撞擊頂棚的小功率火源，且火源放置在隧道縱向中心線上，忽略了側壁對火羽流特性的影響；另一方面并未充分揭示縱向通風與煙囪效應方向相同與相反時，二者的疊加和消減作用對受限火羽流行為的影響。

本實用新型設計的實驗臺主要研究縱向通風作用下不同坡度公路隧道內熱釋放速率、火焰高度、頂棚射流溫度、速度、熱流分布等火羽流熱物理特性。由于全尺寸火災實驗需要大量的人力物力，經濟耗費大，受各種因素影響大，條件難以控制，可重復性差，因此不易開展。而開展滿足相似性理論的小尺寸實驗研究以揭示縱向通風作用下不同坡度隧道內受限火羽流發展的動力學規律，是一種較好的選擇。同時，小尺寸實驗具有易操控性、良好的可再現性以及測量結果的可信度高等優點。采用本實驗臺開展縱向通風作用下傾斜隧道內火災發展的實驗研究，可為我國公路隧道火災探測、滅火、結構防護、排煙系統設計提供科學依據與數據支撐，具有重要的理論意義和應用價值。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種縱向風作用下坡度可調式隧道火災模擬實驗裝置，能夠在實驗室模擬縱向通風作用下，不同坡度隧道內火災燃燒情況，研究縱向通風作用下不同坡度隧道內受限火羽流與頂棚射流的演化規律。

本實用新型采用的技術方案為：

一種縱向風作用下坡度可調式隧道火災模擬實驗裝置，包括實驗臺主體、可移動的縱向通風系統以及配套測控系統；