用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，包括風(fēng)機、電動閥、流量傳感器、空氣加熱器、加濕器和熱電偶，實驗隧道和支架，風(fēng)機、電動閥、空氣加熱器、加濕器和熱電偶通過管道順次連接，最后還通過管道與實驗隧道連接，通過流量傳感器控制電動閥的開度來控制送風(fēng)量；通過空氣加熱器控制所送風(fēng)的溫度；通過加濕器控制所送風(fēng)的濕度。本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，操作靈活。采用本實用新型可模擬隧道火災(zāi)場景下通風(fēng)系統(tǒng)的實況，該系統(tǒng)風(fēng)量、溫度、濕度均可控制，為模擬隧道火災(zāi)在不同通風(fēng)量、不同空氣溫度、濕度下所產(chǎn)生的煙氣蔓延提供可靠的實驗裝置。
【專利說明】用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種隧道火災(zāi)實驗裝置，尤其涉及用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來發(fā)生的多起重大隧道火災(zāi)事故警示人們，隧道在給人們生活帶來交通便利的同時，隧道防火的安全形勢也越來越嚴峻，隧道火災(zāi)如不能得到很好的控制，將帶來災(zāi)難性的后果。因此，對公路隧道火災(zāi)的研究，一直以來都是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點。
[0003]因為隧道火災(zāi)的發(fā)生具有隨機性和不確定性，所以，國內(nèi)外研究公路隧道火災(zāi)的主要方法有:理論分析、數(shù)值模擬和實驗?zāi)M。理論分析方法是一種重要的基本研究方法，根據(jù)流體力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)等自然科學(xué)基本原理對火災(zāi)現(xiàn)象進行總結(jié)、整理、歸納和分析，進而得出火災(zāi)發(fā)生的影響因素及其間相互關(guān)系，找出火災(zāi)發(fā)展和傳播的基本規(guī)律。理論分析方法是實驗研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。
[0004]數(shù)值模擬方法可有效地預(yù)測隧道火災(zāi)煙氣分布，雖然利用該方法研究隧道火災(zāi)投入較少，但數(shù)值模擬方法還是一種比較有效的研究方法。該方法的理論依據(jù)是基于火災(zāi)發(fā)展所遵循的連續(xù)性方程、動量守恒定律、能量守恒定律以及化學(xué)反應(yīng)定律等普遍成立的守恒定律，將這些定律用數(shù)學(xué)方法表達出來，通過計算得到火災(zāi)過程中速度、溫度、煙氣等火災(zāi)參數(shù)的分布規(guī)律及隨時間的變化規(guī)律。
[0005]實驗?zāi)M方法主要分為2種:(1)全尺寸及大尺寸模擬實驗方法；(2)小尺寸模擬實驗方法。在隧道火災(zāi)的研究中，由于隧道結(jié)構(gòu)特殊，建造全尺寸或者大尺寸的實驗平臺需要耗費大量的人力、物力、財力。所以，小尺寸模擬實驗方法在研究隧道火災(zāi)相關(guān)實驗中顯得尤其重要，并成為了研究隧道火災(zāi)的主要研究方法。國外對隧道火災(zāi)的研究起步較早，如著名的奧芬耐格(Ofenegg)隧道火災(zāi)實驗(Haerter, A., “Fire Tests in theOfenegg-Tunnel in 1965, ” Internat1nal Symposium on Catastrophic Tunnel Fires,Boros, Sweden, November 2003),瑞士的幾位學(xué)者研究了在不同通風(fēng)條件下，隧道火災(zāi)的發(fā)展和煙氣流動規(guī)律；Lee 等人(C.K.，Hwang, C.C., Singer, J.M.und Chauken,R.F.(1979) “Influence of Passageway Fires on Ventilat1n Flows", SecondInternat1nal Mine Ventilat1n Congress, Reno, Nevada, 4-8 November.)為石開究抑制隧道火災(zāi)煙氣出現(xiàn)回流的臨界風(fēng)速進行了小尺寸模擬實驗；日本的Hitoshi Kur1ka等(Hitoshi Kur1ka, Yasushi Oka and Hiroomi Satoh.Fire properties in near fieldof square fire source with longitudal ventilat1n in tunnels [J].Fire SafetyJournal.2003, (38):319-340.)研究縱向通風(fēng)隧道中靠近火災(zāi)源地區(qū)的火焰特性，進行了全尺寸及大尺寸隧道火災(zāi)實驗。
[0006]與國外相比，國內(nèi)對交通隧道火災(zāi)的研究起步較晚，不僅開展的研究項目較少，而且沒有進行很深入的研究，其成果尚不能滿足工程建設(shè)的需要。楊其新等(曹智明，楊其新.秦嶺終南山特長公路隧道火災(zāi)模式下的通風(fēng)組織試驗方案研究[J].公路，2003(7): 177-180.)開展了秦嶺終南山特長公路隧道防災(zāi)救援技術(shù)的研究，通過火災(zāi)模型試驗研究了火災(zāi)時隧道內(nèi)不同區(qū)域溫度、壓力和煙氣蔓延分布的發(fā)展變化規(guī)律，并根據(jù)實驗結(jié)果提出了火災(zāi)階段劃分和隧道火災(zāi)的防火措施。胡隆華等m分別進行了小尺寸和全尺寸隧道火災(zāi)實驗研究，分析了縱向風(fēng)速時隧道火災(zāi)羽流形態(tài)以及煙氣蔓延的熱物理特性。
[0007]目前，小尺寸隧道火災(zāi)模擬實驗主要側(cè)重于研究隧道內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速、隧道坡度等因素對煙氣蔓延的影響，而實際情況下，煙氣蔓延還與通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量、溫度和濕度有著密切關(guān)系。為開展通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量、溫度和濕度對煙氣蔓延影響的研究，有必要建立相關(guān)的實驗基礎(chǔ)。
實用新型內(nèi)容
[0008]為滿足上述【背景技術(shù)】中的要求，本實用新型提供一種風(fēng)量可自動控制，空氣溫度和濕度均可調(diào)節(jié)的用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗方法與裝置送風(fēng)系統(tǒng)，以幫助研究人員模擬通風(fēng)系統(tǒng)實際工況，以研究分析在不同風(fēng)量、不同溫度和不同濕度的通風(fēng)條件下煙氣蔓延的規(guī)律，分析其中的影響因素，為控制火災(zāi)的發(fā)展和傳播提供有效的實驗基礎(chǔ)。
[0009]用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，包括風(fēng)機、電動閥、流量傳感器、空氣加熱器、加濕器和熱電偶，實驗隧道和支架，風(fēng)機、電動閥、空氣加熱器、加濕器和熱電偶通過管道順次連接，最后還通過管道與實驗隧道連接，通過流量傳感器控制電動閥的開度來控制送風(fēng)量；通過空氣加熱器控制所送風(fēng)的溫度；通過加濕器控制所送風(fēng)的濕度。
[0010]進一步優(yōu)化實施的，電動閥安裝在風(fēng)機出口的管道上，在電動閥的出口安裝流量傳感器，其后管道上分別通過法蘭連接空氣加熱器、加濕器，在實驗隧道入口的管道上熱電偶以螺紋連接方式安裝于管道上，用于顯示溫度。
[0011]進一步優(yōu)化實施的，所述的電動閥和流量傳感器共同構(gòu)成一個流量自動控制系統(tǒng)，其中，流量傳感器有一個硅片，利用熱傳遞的量熱原理，實現(xiàn)氣體流量的檢測與執(zhí)行，并將測得的流量信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過比較該信號與所設(shè)流量對應(yīng)的電壓信號之間的偏差，發(fā)出控制信號驅(qū)動控制電動閥的開度，來消除電壓信號偏差，即只要被控氣體流量偏離設(shè)定值，就會控制信號驅(qū)動控制電動閥的開度以去消除偏差，維持系統(tǒng)中風(fēng)量恒定(在給定值附近)。
[0012]進一步優(yōu)化實施的，所述的空氣加熱器是一個組件，它包括有電源、法蘭、冷空氣進口、加熱器管道、不銹鋼電加熱管、熱空氣出口和底座，電源一端連接若干所述的不銹鋼電加熱管，不銹鋼電加熱管為U型，每根不銹鋼電加熱管有兩個電極通過電線接入電源中，電源位于不銹鋼電加熱管的頂部以法蘭連接的方式安裝在加熱器管道內(nèi)，加熱管道一端為冷空氣進口，另一端為熱空氣出口 ；加熱器管道固定在底座上，通過其兩端冷空氣進口和熱空氣出口以法蘭連接的方式接入送風(fēng)系統(tǒng)的管道中。
[0013]進一步優(yōu)化實施的，所述的加濕器包括干空氣進口、加濕通道、濕膜、濕空氣出口，加濕通道的兩端分別為干空氣進口和濕空氣出口，其中，干空氣進口與濕空氣出口為圓柱形，通過法蘭連接安裝于送風(fēng)系統(tǒng)的管道中，濕膜固定于加濕通道的內(nèi)部，加濕通道的截面為與濕膜外形相匹配的長方形。
[0014]進一步優(yōu)化實施的，通過空氣加熱器和熱電偶，將從冷空氣進口進來的空氣加熱到所需溫度，加熱范圍為環(huán)境溫度?70°C。
[0015]進一步優(yōu)化實施的，所述的濕膜吸水后形成均勻的水膜，當干燥的空氣通過濕膜材料時，干燥的空氣和濕潤的濕膜表面接觸，使空氣的濕度增加，從而達到加濕的目的。
[0016]進一步優(yōu)化實施的，通過設(shè)定加濕器的淋水量，使從干空氣進口進入的空氣經(jīng)過濕膜后達到所需濕度，相對濕度控制范圍為環(huán)境濕度、5%。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有實驗送風(fēng)系統(tǒng)相比，其有益的顯著效果如下:
[0018]1、本實驗送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計先進，控制方便，操作靈活，采用本實用新型可模擬隧道火災(zāi)場景下通風(fēng)環(huán)境的實況；
[0019]2、與傳統(tǒng)的同類型實驗送風(fēng)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)風(fēng)量、溫度、濕度均可調(diào)節(jié)，為研究隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，需要通風(fēng)系統(tǒng)所提供的風(fēng)與不同工況相匹配的最優(yōu)狀態(tài)提供實驗基礎(chǔ)；
[0020]3、與傳統(tǒng)的同類型實驗送風(fēng)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)采用流量自動控制系統(tǒng)，利用負反饋對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，具有風(fēng)量穩(wěn)定的優(yōu)點；
[0021]4、與傳統(tǒng)的同類型實驗送風(fēng)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)加強了隧道通風(fēng)環(huán)境與隧道火災(zāi)發(fā)展的研究，有助于有效控制隧道內(nèi)的空氣環(huán)境，以便分析通風(fēng)環(huán)境與隧道火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律間的關(guān)系。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2和圖3分別為空氣加熱器的結(jié)構(gòu)主視圖及其左視圖。
[0024]圖4和圖5分別為加濕器的結(jié)構(gòu)主視圖及其左視圖。
[0025]圖中:
[0026]1-風(fēng)機；2_電動閥；3_流量傳感器；4_空氣加熱器；5_加濕器；6_熱電偶；7-實驗隧道；8-支架；9-電源；10_法蘭；11-冷空氣進口 ；12_底座；13-不銹鋼電加熱管；14_熱空氣出口 ； 15-干空氣進口 ； 16-濕膜；17-濕空氣出口 ；F-被測流量；C-流量控制(調(diào)節(jié))；M-電源。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對實用新型的實施作進一步說明，但本實用新型的實施和保護不限于此。以下未特別詳細說明的過程均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)進行的。
[0028]參見圖1用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，由風(fēng)機1、電動閥2、流量傳感器3、空氣加熱器4、加濕器5、熱電偶6、實驗隧道7、支架8組成。風(fēng)機I出口的管道上裝有電動閥2，在電動閥2的出口安裝流量傳感器3的測量點，其后管道上分別安裝有空氣加熱器4、加濕器5，并以法蘭連接安裝在管路中，在隧道入口管路上裝有熱電偶6可以讀取溫度。流量傳感器3的測量點設(shè)置在電動閥2出口管道上，當一定流量的風(fēng)經(jīng)過測量點時，測量點接收到信號，并將信號傳送給流量傳感器3。通過給定流量傳感器3的流量值，流量傳感器3利用負反饋系統(tǒng)發(fā)送指令給電動閥2，使電動閥2的閥門開度發(fā)生改變，以維持風(fēng)量在給定流量值附近。實驗時，流量控制系統(tǒng)可采用型號為MFC1000氣體質(zhì)量流量控制器。
[0029]參見圖2，空氣加熱器4包括電源9、法蘭10、冷空氣進口 11、底座12、不銹鋼電加熱管13、熱空氣出口 14。電源9 一端連接有一定數(shù)量的不銹鋼電加熱管13，這些電加熱管為U型，每根加熱管有兩個電極通過電線接入電源9中，電源9從空氣加熱器4的頂部以法蘭連接的方式安裝在加熱器管道內(nèi)，電源9開啟后，不銹鋼電加熱管13發(fā)熱，產(chǎn)生熱量，由冷空氣進口 11進入的空氣在流經(jīng)不銹鋼電加熱管13時被加熱，再由熱空氣出口 14流出。實驗時，可采用型號為FJH-3B型空氣加熱器。
[0030]參見圖3，加濕器5包括干空氣進口 15、濕膜16、濕空氣出口 17。其中，干空氣進口 15與濕空氣出口 17為圓柱形，通過法蘭連接安裝于管路中。加濕器5的主體部分包括濕膜16，主體截面與濕膜16外形相匹配為長方形。實驗時，改變加濕器5對濕膜16的淋水量以調(diào)節(jié)濕膜16吸水量，由干空氣進口 15進入的空氣流經(jīng)濕膜16后獲得一定濕度，再由濕空氣出口 17流出。實驗時，采用WFG-10型濕膜加濕器。
[0031]實驗時，開啟風(fēng)機1，具有一定速度的風(fēng)經(jīng)過電動閥2以及流量傳感器3所組成的流量控制系統(tǒng)，獲得一定的流量，該流量值由實驗者給定。具有一定流量的風(fēng)分別經(jīng)過空氣加熱器4和加濕器5，獲得一定的溫度和濕度，進入實驗隧道7。實驗中，可通過熱電偶6的指示，讀取所通風(fēng)的溫度。
[0032]操作方法如下:實驗時，整個流程為開啟風(fēng)機1，產(chǎn)生具有一定速度的風(fēng)，經(jīng)過電動閥2以及流量傳感器3所組成的流量控制系統(tǒng)，該流量控制系統(tǒng)負反饋對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，獲得穩(wěn)定的流量，該流量值由實驗者給定。具有一定流量的風(fēng)分別依次經(jīng)過空氣加熱器4和加濕器5，獲得一定的溫度和濕度，進入實驗隧道7。由此，系統(tǒng)風(fēng)量、溫度、濕度均得到了調(diào)節(jié)。進入實驗隧道的空氣溫度可通過熱電偶6指示出來。實驗過程中，輸入的風(fēng)量值、溫度、濕度均可按需設(shè)定，為研究通風(fēng)系統(tǒng)所提供的風(fēng)與不同工況相匹配的最優(yōu)狀態(tài)提供實驗基礎(chǔ)；利用本系統(tǒng)進行實驗所得實驗數(shù)據(jù)可供分析通風(fēng)環(huán)境與隧道火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律間的關(guān)系。
【權(quán)利要求】
1.用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于包括風(fēng)機(I)、電動閥(2)、流量傳感器(3)、空氣加熱器(4)、加濕器(5)和熱電偶(6)，實驗隧道(7)和支架(8)，風(fēng)機(I)、電動閥(2)、空氣加熱器(4)、加濕器(5)和熱電偶(6)通過管道順次連接，最后還通過管道與實驗隧道(7)連接，通過流量傳感器(3)控制電動閥(2)的開度來控制送風(fēng)量；通過空氣加熱器(4)控制所送風(fēng)的溫度；通過加濕器(5)控制所送風(fēng)的濕度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于電動閥⑵安裝在風(fēng)機⑴出口的管道上，在電動閥⑵的出口安裝流量傳感器⑶，其后管道上分別通過法蘭連接空氣加熱器(4)、加濕器(5)，在實驗隧道(7)入口的管道上熱電偶(6)以螺紋連接方式安裝于管道上，用于顯示溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的電動閥(2)和流量傳感器(3)共同構(gòu)成一個流量自動控制系統(tǒng)，其中，流量傳感器(3)包含一個娃片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的空氣加熱器(4)是一個組件，它包括有電源(9)、法蘭(10)、冷空氣進口(11)、加熱器管道、不銹鋼電加熱管(13)、熱空氣出口(14)和底座(12)，電源(9) 一端連接若干所述的不銹鋼電加熱管(13)，不銹鋼電加熱管為U型，每根不銹鋼電加熱管有兩個電極通過電線接入電源(9)中，電源(9)位于不銹鋼電加熱管的頂部以法蘭連接的方式安裝在加熱器管道內(nèi)，加熱管道一端為冷空氣進口(11)，另一端為熱空氣出口(14);加熱器管道固定在底座(12)上，通過其兩端冷空氣進口(11)和熱空氣出口(14)以法蘭連接的方式接入送風(fēng)系統(tǒng)的管道中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于坡度可調(diào)隧道火災(zāi)風(fēng)洞實驗裝置的送風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的加濕器(5)包括干空氣進口(15)、加濕通道、濕膜(16)、濕空氣出口(17)，加濕通道的兩端分別為干空氣進口(15)和濕空氣出口(17)，其中，干空氣進口(15)與濕空氣出口(17)為圓柱形，通過法蘭連接安裝于送風(fēng)系統(tǒng)的管道中，濕膜(16)固定于加濕通道的內(nèi)部，加濕通道的截面為與濕膜(16)外形相匹配的長方形。
【文檔編號】G01M9/04GK204202845SQ201420523674
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】龍新峰, 張雪琴, 樓波 申請人:華南理工大學(xué)