[发明专利]隧道防烟分区划分模拟装置及方法、计算模型和应用

权利要求书

1.隧道防烟分区划分模拟装置，其特征在于，包括隧道模拟体(1)，所述隧道模拟体(1)的顶部设置有通风道(2)，所述隧道模拟体(1)的顶部设置有若干用于连通通风道(2)的通风孔(3)；

所述隧道模拟体(1)的顶部沿轴向均匀间隔布置有若干温度探头(6)，所述隧道模拟体(1)内布置有火源(4)；

所述通风道(2)的一端设置有风机(7)，所述通风道(2)内出风口处设置有速度探头(5)。

2.根据权利要求1所述的隧道防烟分区划分模拟装置，其特征在于，还包括用于观测隧道模拟体(1)内部烟气流动情况的红外热成像仪(8)和摄像机(9)。

3.根据权利要求1所述的隧道防烟分区划分模拟装置，其特征在于，所述温度探头(6)为热电偶或温度传感器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的隧道防烟分区划分模拟装置，其特征在于，所述火源(4)布置在隧道模拟体(1)的底部中心。

5.根据权利要求1-3任一项所述的隧道防烟分区划分模拟装置，其特征在于，所述火源(4)为正庚烷。

6.基于权利要求1-5任一项所述的隧道防烟分区划分模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用风速测速仪标定风机(7)风量，确定并记录排风量；

S2、点燃火源(4)，并同时开启通风孔(3)和风机(7)，温度探头(6)采集温度数据；

S3、基于步骤S2获得的温度数据提取出隧道模拟体(1)不同位置处烟气前锋到达的时间；

S4、基于步骤S3获得的烟气前锋到达的时间确定热烟气前锋蔓延长度L，然后确定防烟分区划分长度S，S＝2L；

S5、分别更换火源(4)的功率、风机(7)的排风速率、隧道模拟体(1)的高度，重复步骤S1-S3，得到不同模拟条件下的热烟气前锋蔓延长度L；

S6、根据公式拟合所得到的数据，确定A、B、C、D、E、F；

其中，为隧道模拟体(1)的当量直径，m，式中，Q_fuel为火源功率，KW，ρ_a为空气密度，kg/m³，c_p为定压比热容，kJ/kg·K，Q_exhaust为风机排烟速率，m³/s，T_a为环境温度，K，g为重力加速度，m/s²，H为隧道有效高度，m。

7.根据权利要求6所述的隧道防烟分区划分模拟装置的模拟方法，其特征在于，步骤S3的具体过程如下：

S31、先筛选出采集的温度数据中随时间变化单个测点中温升ΔT≥7℃的数据重置为TRUE，并将ΔT＜7℃的数据重置为0；

S32、提取该测点第一次出现“TRUE”时所对应的时间；

S33、识别该“TRUE”的烟气前锋到达对应热电偶位置坐标；

S34、以此类推提取出不同热电偶测点位置处烟气前锋到达的时间。

8.基于权利要求6或7所述模拟方法获得的热烟气前锋蔓延长度L的计算模型，其特征在于，所述计算模型如下式所示：

式中，A、B、C、D、E、F为常数，为隧道模拟体(1)的当量直径，m，式中，Q_fuel为火源功率，KW，ρ_a为空气密度，kg/m³，c_p为定压比热容，kJ/kg·K，Q_exhaust为风机排烟速率，m³/s，T_a为环境温度，K，g为重力加速度，m/s²，H为隧道有效高度，m。

9.如权利要求8所述计算模型在基于横向排烟的隧道防烟分区划分设计中的应用。

10.根据权利要求9所述计算模型的应用，其特征在于，先获取隧道的相关参数，所述相关参数包括当量直径、火源功率、空气密度、定压比热容、风机排烟速率、环境温度和重力加速度，将上述相关参数代入计算模型计算热烟气前锋蔓延长度L，然后确定防烟分区划分长度S。