[發明專利]一種采用水蒸氣模擬巷道火災煙流的方法及實驗系統

有效

• 申請號: 202011058907.5
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112113741B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 康建宏;李晴;周福寶;張欣雨;萬茹;安偉光
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08;G09B25/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

1.一種采用水蒸氣模擬巷道火災煙流的方法，其特征在于，水蒸氣實驗與實際火災煙氣的相似準則關系可通過如下計算得到：

假定環境流體的密度為ρ₀，水蒸氣或空氣中羽流的密度為ρ₀+Δρ，Δρ為羽流與周圍環境空氣的密度差，羽流體積為V，由于羽流與周圍環境空氣存在密度差，故會產生一個向上的浮力，記為ΔρgV，由此可計算出羽流的加速度為Δρg/(ρ₀+Δρ)，流體的密度隨溫度的變化不會有大范圍的改變，故可忽略不計密度的變化Δρ，則折減重力加速度為：

為了能夠在各種浮力驅動的流動中采用統一的參數度量浮力的大小，引入浮力通量的概念，浮力通量的定義為：

B＝g′Q

式中，

B為浮力通量(m⁴/s³)；

Q為煙氣或水蒸氣流體的體積流量(m³/s)；

對于真實的巷道火災，根據能量守恒定律：

Q^*＝C_PΔmΔT＝C_Pρ_sQ_s(T_s-T₀)

式中：

Q^*為火源熱釋放功率；

C_p為煙氣的比熱；

Δm為煙氣質量流量的變化；

ΔT為煙氣和環境空氣之間的溫差；

ρ_s為煙氣的密度；

Q_s為煙氣的體積流量；

T_s為煙氣溫度；

T₀環境空氣溫度；

煙氣的主要成分和空氣相同，近似滿足理想氣體方程：

結合所列方程可得：

對于浮力通量，熱羽流的浮力通量與火源熱釋放功率Q^*有關；水蒸氣羽流的浮力通量與水蒸氣流體的體積流量Q有關，在環境溫度不變的情況下，煙氣的浮力通量B完全取決于火源的熱釋放功率，在水蒸氣溫度及蒸氣流量已知的條件下，實驗中的浮力通量B_m可以由上式計算得到，因此模型和原型浮力通量的相似比例為：

式中：

n_B為模型與原型中浮力通量的相似比例，下標m和f分別代表模型和原型；

根據Froude準則：其中，v為流體運動速度(m/s)，L為特征長度(m)，結合量綱分析，可得：v²～g′L～(B/L)^2/3，則折減重力加速度g′的相似比例為：

式中：

n_g′為模型和原型折減重力加速度的相似比例；

n_L為模型和原型長度的相似比例；

通過上式就可以得到原型中g′的分布；

對于空氣來說，相對密度增量和溫度增量成正比，原型巷道內各點的溫度差ΔT可以表示為：

當水蒸氣的流量以及溫度確定之后，其對應的實際火災規模也就確定了。