[实用新型]一种纵向风作用下坡度可调式隧道火灾模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于火灾安全技术领域，具体涉及一种纵向风作用下坡度可调式隧道火灾模拟实验装置，其具体为研究不同纵向通风风向和风速作用下，隧道火灾热释放速率、火焰形态、顶棚射流温度、速度分布、热辐射通量的模拟实验装置。

背景技术

进入本世纪以来，我国公路隧道年均增长率高达20％，截止2013年底，已建成公路隧道11359座，总长度达9606公里，中国已成为世界上隧道工程建设规模最大、数量最多和难度最高的国家。很多公路隧道都存在一定的纵向坡度，纵坡参数是隧道工程中特有的参数。我国的《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)规定，隧道纵坡不应小于0.3％，一般情况不应大于3％。然而，由于地质环境的特殊性以及营运通风等的需要，实际隧道工程的坡度可超过此范围，如西藏嘎隆拉公路隧道，其坡度达4.1％、长沙南湖路湘江隧道，最大坡度达 6％，欧洲的部分水下公路隧道，坡度甚至可达7％，且随着特长公路隧道的大量涌现，隧道长大坡度的情况将变得更为普遍。联合国经济和社会理事会(Economic and Social Council) 的研究结果表明，在纵坡为2.5％的隧道内，火灾、抛锚等事故发生的概率是水平隧道的5 倍。可见，纵向坡度的存在使得隧道内发生火灾的可能性显著增加，是影响隧道火灾事故的重要因素之一。

随着公路隧道数量和长度的增加，近年来国内外发生了多起重大公路隧道火灾事故，如 2014年的中国晋济高速公路岩后隧道火灾，2010年的中国无锡惠山隧道火灾，2007年的美国洛杉矶州际公路隧道火灾，2006年的瑞士A13公路维马拉隧道火灾等。这些重大公路隧道火灾事故的一个典型特征是巨大的火灾载荷以及火灾在纵向风作用下的发展。巨大的火灾载荷来源于公路隧道中通行的大量重型货车，这与主要通行小轿车和客车的城市隧道明显不同。纵坡公路隧道内的纵向风主要来自于烟囱效应引起的纵向自然通风，射流风机产生的纵向强迫通风，以及环境风等。纵向通风一方面可增强羽流区的强迫掺混，促进燃烧，另一方面又会带走燃烧区的热量，抑制燃烧；不同条件下，起主导的作用不同。纵坡隧道内发生火灾时，由于烟囱效应自然通风的方向为沿隧道上坡方向，而射流风机机械通风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，不同的纵向通风条件(风速、风向)对不同坡度隧道内火灾发展过程的影响将有很大不同。

火羽流热物理特性是火灾研究中的基础科学问题，一直受到广泛关注，但研究主要集中于建筑火灾中的自由发展火羽流。公路隧道宽度相对较小且受车道限制，火灾发生时，起火点可能靠近甚至紧贴侧壁。Ji等人开展了水平隧道内的侧壁对受限火羽流影响的实验，发现在一定的范围内，即使火源未紧贴侧壁，也会受到侧壁的影响，火源越靠近侧壁，火羽流卷吸空气受到的限制作用就越强，贴壁时限制作用最强。可见，受侧壁影响，隧道内火羽流卷吸将呈现出不对称性，此时受限火羽流热物理特征参数将与非受限的对称羽流有明显差别。相对于水平隧道火灾研究而言，纵向通风作用下不同坡度隧道内火灾作为更加复杂火灾场景逐渐受到了国内外研究者的关注，但主要集中于纵向通风对纵坡隧道内烟气运动的影响，部分学者也开展了纵坡隧道内受限火羽流的研究。但是，在前人研究中一方面多采用火焰未撞击顶棚的小功率火源，且火源放置在隧道纵向中心线上，忽略了侧壁对火羽流特性的影响；另一方面并未充分揭示纵向通风与烟囱效应方向相同与相反时，二者的叠加和消减作用对受限火羽流行为的影响。

本实用新型设计的实验台主要研究纵向通风作用下不同坡度公路隧道内热释放速率、火焰高度、顶棚射流温度、速度、热流分布等火羽流热物理特性。由于全尺寸火灾实验需要大量的人力物力，经济耗费大，受各种因素影响大，条件难以控制，可重复性差，因此不易开展。而开展满足相似性理论的小尺寸实验研究以揭示纵向通风作用下不同坡度隧道内受限火羽流发展的动力学规律，是一种较好的选择。同时，小尺寸实验具有易操控性、良好的可再现性以及测量结果的可信度高等优点。采用本实验台开展纵向通风作用下倾斜隧道内火灾发展的实验研究，可为我国公路隧道火灾探测、灭火、结构防护、排烟系统设计提供科学依据与数据支撑，具有重要的理论意义和应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种纵向风作用下坡度可调式隧道火灾模拟实验装置，能够在实验室模拟纵向通风作用下，不同坡度隧道内火灾燃烧情况，研究纵向通风作用下不同坡度隧道内受限火羽流与顶棚射流的演化规律。

本实用新型采用的技术方案为：

一种纵向风作用下坡度可调式隧道火灾模拟实验装置，包括实验台主体、可移动的纵向通风系统以及配套测控系统；