[发明专利]多功能城市交通隧道火灾烟气扩散模型装置

说明书

技术领域

本发明设计一种火灾实验装置，尤其是涉及坡度可调、长度可调整、具有多出入口、以及采用水喷淋系统进行灭火的隧道火灾模型实验装置。 

背景技术

随着城市建设规模的日益增加，城市交通隧道作为立体交通能有效地缓解交通拥堵问题，因而得到广泛应用。在北京，国内首例超大规模中关村西区地下综合管廊及城市交通隧道综合开发利用系统投入试运行，使中关村地区实现了立体交通；与非城市地区的交通隧道相比，在隧道本体方面城市交通隧道具有以下特征：1)交通量大；2)埋深大，城市地下交通隧道，往往埋深较大，造成隧道的出入口坡度大；3)在隧道出入口设置方面，城市交通隧道(如城市地下快速路、城市地下交通联系隧道)多与地下停车场及地面主干道相连，出入口多，空气(烟气)流动受此影响，使通风排烟效果难以控制。 

城市交通隧道火灾是城市交通灾害中最具危害的一部分。由于隧道环境的封闭性和逃生救援的困难性，使得隧道一旦发生火灾，往往造成严重的人员伤亡和巨大的社会影响和经济损失。研究城市交通隧道火灾主要有火灾模拟实验、数值模拟和理论分析三大类。尽管研究费用昂贵和试验时间长，但实验方法是研究火灾直接、有效的手段。 

对于城市交通隧道的火灾烟气扩散研究，目前主要是停留在理论研究和数值模拟研究阶段，其中，关于隧道坡度对抑制火灾烟气的临界风速影响的研究主要采用理论分析阶段和数值模拟研究阶段。OkaY，Atkinson GT等人(1996)、Ballesteros-Tajadur等人在2006年研究隧道坡度对火灾通工况下临界风速影响，提出考虑坡度因素的临界风速修正公式。国内中国科技大学火灾科学国家重点实验室李博等(2007)、陈海峰等(2009)，山东建筑大学徐琳等(2009)、中南大学赵望达(2009)以及北京工业大学李炎锋等(2011)分别采用数值模拟手段研究隧道坡度对火灾烟气扩散以及抑制烟气的临界风速的影响。 

目前，针对受限空间火灾进行的模拟实验研究主要有三种方式：(1)盐水实验；(2)现场试验(全尺寸试验)研究及大尺寸比例模型实验；(3)小尺寸比例模型实验研究。 

对于城市交通隧道而言，主要是现场实验研究及大尺寸比例模型实验、小尺 寸比例模型实验研究手段。主要原因是盐水实验模拟是一种用湍浮盐水在清水中的运动和扩散来模拟受限空间火灾烟气在空气中的蔓延和热量传递的研究方法。虽然Thomas早在1963年用盐水模拟技术来显示顶棚和侧壁的排烟向大房间排烟效果。许多学者采用该手段模拟中庭类建筑、顶棚射流等火灾烟气规律，但盐水模拟实验方法忽略了化学反映以及壁面传热，模拟烟气层较实体燃烧实验低。存在定量研究误差大，而且难以模拟隧道坡度和出入口设置对火灾烟气扩散的影响。因而在城市交通隧道模拟中没有得到应用。 

现场实验及大尺寸比例模型实验结果是对数值模拟、理论研究以及小尺寸比例模型实验研究结果进行验证的重要数据。在隧道现场火灾试验方面，国外进行了大量研究，但由于受到试验条件限制，基本是在废弃的隧道内进行。如Ofenegg在1965年进行的隧道火灾试验，Zwerberg于1974及1975年、Heselden等人在1976年在废弃的隧道中进行的火灾试验，欧洲的EUREKA 499计划在1993-1995年间在挪威Repparford隧道中进行5次火灾试验，1993-1995年，美国MTFVTP项目在西维吉尼亚Memorial公路隧道中92次火灾测验，2001年，日本在New Tomei高速公路Shimizu 3号隧道开展的大断面公路隧道足尺寸火灾试验；欧洲UPTUN项目2003年在挪威废弃的两车道Runehamar隧道内进行的4次现场火灾试验。 

国内中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室胡隆华等在云南省昆明一石林高速公路阳宗隧道内进行了全尺寸火灾模拟试验。西南交通大学杨其新教授等人则借助大比例火灾模型试验，研究了火灾时隧道内温度随时间的变化，最高温度与通风风速、火灾规模等的关系。 

由于实际火灾的复杂性和随机性，全尺寸火灾实验往往又是无法完全实现模拟火灾工况。而且受到现场试验费用以及现场条件、隧道的使用情况限制很难进行大量火灾工况研究。与此相对应，以相似理论为依据建立的小尺寸模型试验具有真实再现火灾现象的特点，在节约时间、缩短空间以及节省人力、物力、财力等方面具有独特的优越性，因而在针对隧道火灾的研究方法中被广泛应用。