[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

一種采用水蒸氣模擬巷道火災煙流的方法及實驗系統，該方法采用過熱蒸氣在空氣中的運動來模擬火災產生的高溫煙氣在空氣中的蔓延和熱量傳遞過程，通過準確地觀測水蒸氣的運動過程，來模擬不同火源功率下巷道內溫度和密度的實時變化情況，得到溫度縱向衰減規律，進而揭示煙氣的流動機理，同時本發明還可用于模擬火源位置和巷道傾角對煙氣逆流長度的影響，其實驗系統包括火源模擬系統、巷道模擬系統、水蒸氣觀測系統、以及數據監測裝置，與現有技術相比，本發明能夠準確地模擬巷道火災煙氣流動過程，嚴格遵守物理過程的相似準則，且實驗系統結構簡單、易于制造、實驗清潔無污染、成本低廉。

技術領域

本發明涉及一種巷道火災模擬實驗方法，具體是一種采用水蒸氣模擬巷道火災煙流的方法及實驗系統。

背景技術

在礦井、隧道、地鐵等狹長空間內發生的火災，具有突發性、快速擴散、傷亡損失后果嚴重等特點，使其成為了威脅安全生產發展的重要原因，也使火災成為了各企業重點關注的安全發展問題。幾十年來，國內外學者做了大量不同規模的火災實驗，對火災時期的煙氣運移分布規律、風流狀態和不同物理參數的變化等進行了深入研究，但是進行火災實驗需要一定的人力、物力以及資金的支持，而且實驗模型簡單，相比于實際結構的復雜程度具有很大的局限性，實驗過程中也存在不可控制的風險，容易引發事故。

近年來，另一種根據相似理論模擬火災煙氣流動的小尺寸模型實驗越來越受到重視。中國發明專利申請2013年12月11日公開的一種公開號為CN103440810A的“用于建筑通風排煙實驗的鹽水實驗模擬系統及使用方法”，該系統將現實中火源熱氣流在空氣中的流動以鹽水在清水中的流動模擬出來，但是該實驗系統無法模擬實際火災煙氣的輻射換熱現象以及和壁面的傳熱情況，且鹽源所具有的初始動量也會造成實驗誤差，因此難以準確地模擬現實中火災煙氣流動規律。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用水蒸氣模擬巷道火災煙流的方法及實驗系統，能夠克服大尺寸火災實驗的危險特性以及鹽水實驗無法進行熱量傳輸的不足。

為了實現上述目的，本發明提供一種采用水蒸氣模擬巷道火災煙流的方法，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，由于羽流與周圍流體密度存在密度差，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)，一般而言，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，常溫下煙氣的比熱近似空氣的比熱，值為1.005KJ/(kg·K)；

Δm為煙氣質量流量的變化；