[发明专利]水利水电工程洞室群火灾模拟实验设备及模拟实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及火灾实验模拟技术领域，尤其涉及一种水利水电工程洞室群火灾模拟实验设备及模拟实验方法。

背景技术

建设于深山峡谷的水利水电工程，通常涉及由地下厂房、主变室、进水和尾水洞、母线洞、交通洞、泄洪洞及施工期导流洞等多个大规模地下洞室组成的地下洞室群。由于洞室相互联通，加之通风排烟组织困难，在施工和运行期间如果发生火灾事故，火灾及烟气蔓延过程将十分复杂。因此通过实验的方法，探索水利水电洞室群烟气蔓延和通风排烟规律，以为地下洞室群建设工程设计、运营及施工的消防安全提供合理、正确的科学依据，是水利水电工程领域迫切需要解决的一个问题。

针对水利水电工程的洞室群采用全尺寸的实体模型进行实验研究，存在一定的困难，采用一定比例尺的模拟实验模型来开展研究是一种必要、科学、经济而又切实可行的手段。长期以来，国内外学者针对火灾实验模拟研究主要利用尺度模拟技术，结合特定的需求而设计研制一定比例的实验平台：北京工业大学采用1∶42的小比例尺地铁模型开展地铁洞内气流组织及传热效应的研究；中国科学技术大学1∶2比例的建筑模型研究室内火灾蔓延；Thomas等人采用1/10缩小尺寸模型来研究大空间建筑内的烟气蔓延现象；Morgan采用1/10缩小尺寸的商场和中庭式大空间模型研究中厅火灾烟气控制规律。然而，这些实验系统的适用对象和适用功能都较为单一，一般仅能满足某类工程的特定需求；同时其洞室结构较为单一，难以满足由大长隧洞及高大洞室等组成的大规模洞室群火灾模拟实验的需要。

目前国内尚无针对水利水电工程洞室群开展火灾事故模拟的实验平台，因此，如何针对于水利水电工程洞室群火灾事故，建立多功能大比例尺的实验系统平台，开展地下洞室群空间火灾蔓延的实验模拟以及事故通风排烟的实验研究，为水利水电洞室群设计、建设、运行、检修的延期管理提供合理、准确的科学依据是水利水电工程领域迫切需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水利水电工程洞室群火灾模拟实验设备及实验方法，该设备与方法可用于对水利水电工程洞室群火灾的发生发展机理、通风排烟、控制与防治进行实验研究，为地下洞室群建设的工程设计、运营和施工的消防安全提供合理、正确的科学依据，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供的水利水电工程洞室群火灾模拟实验设备，该设备包括：模拟洞室群系统，用于模拟火灾发生的三维限定空间，包括主厂房、主变室、母线隧洞、进水隧洞、尾水隧洞；火源系统，用于模拟不同的火灾场景，可置于所述模拟洞室群系统各组成部分中的任意位置，包括：用于提供火源的燃烧器、放置于燃烧器侧翼用于提供示踪烟气颗粒的烟气发生箱、以及控制器；通风排烟系统，用于模拟所述洞室群的通风排烟，包括：主厂房通风排烟部分、主变室通风排烟部分、进水隧洞通风部分、尾水隧洞通风部分；探测报警系统，用于进行模拟洞室群系统内部火灾的探测识别与自动报警，包括：置于所述主厂房及主变室拱顶的感烟探测器，设置在所述主厂房及主变室内两端壁面红外对射火灾探测器，以及与服务器相连的报警控制器；测量采集及数据分析系统，用于火灾模拟实验中的数据测量、采集、处理，实验数据的对比、分析、验证及事故预测评估，包括：设置于所述模拟洞室群系统各组成部分内的温度探头、压力探头、速度探头、气体成分探头、摄像头、及相应的测量装置组成的测量采集部分，以及置于服务器中与所述测量装置相连的数据分析部分。

其中，所述模拟洞室群系统整体可拆卸组合；所述主厂房为长方体空间结构，设置有可在其内任意竖直高度上下移动的主厂房中间层，所述主厂房中间层用于模拟主厂房内不施工、检修或运行的状态；所述主变室为长方体空间结构；所述母线隧洞为矩形隧洞，连接主厂房与主变室，与所述主厂房及主变室中间阀门相连，设置有可在其内任意竖直高度上下移动的母线隧洞中间层，所述母线隧洞中间层用于模拟母线隧洞施工及运行的状态；所述进水隧洞为圆管形隧洞，与所述主厂房中间阀门相连；所述尾水隧洞为矩形隧洞，与所述主厂房主下部阀门相连。

其中，所述主厂房以及主变室底面采用耐火砖铺垫，一端侧面安装耐火玻璃，拱顶表面和其他三个侧面安装防火板；所述母线隧洞及尾水隧洞一侧面安装耐火玻璃，顶面和另一侧面安装防火板，底面采用耐火砖铺垫；所述进水隧洞管壁为钢筋网材料的预置管件；所述主厂房、母线隧洞、主变室、进水隧洞由钢支架托起；所述尾随隧洞置于地面。