[发明专利]一种外界风作用下高层建筑楼梯井或竖井火灾实验模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及火灾安全技术领域，具体涉及一种外界风作用下高层建筑楼梯井或竖井火灾实验模拟装置。

背景技术

随着经济发展和人口数量的增多，越来越多高层建筑屹立在城市之中，相应的火灾安全问题已引起人们的广泛关注。高层建筑发生火灾时，高温烟气通过房间、走廊、前室进入到楼梯井或竖井等竖向通道向上蔓延到高层建筑的其它楼层，严重影响人员的安全疏散。例如，2010年11月，上海静安区一教师公寓高层住宅发生火灾，导致58人死亡，70余人受伤。许多研究学者表明，火灾事故中绝大多数的人员死亡是由高温烟气引起的，因此，研究高层建筑楼梯井和竖井等竖向通道的烟气流动规律和烟气控制方案以及火灾蔓延规律对于保证高层建筑的总体火灾安全非常有意义和有必要。

对于楼梯井和竖井的烟气流动和控制，国内外学者已进行了相关实验研究。Tanaka利用高3m的竖井实验台（正方形横截面，长度0.8m和0.4m两种）研究了烟气前锋的上升时间和火源功率的关系。Mercier利用高4m的竖井实验台（正方形横截面，长度1m），通过改变竖井入口气流速度，研究不同雷诺数和格拉晓夫数对竖井内烟气运动状态的影响。张靖岩利用1/8尺寸竖井实验台（高2.4m），研究了不同火源功率下的羽流上升时间。Marshall利用1/5尺寸的5层楼梯井实验装置（实验台高3.3m），测量了楼梯井实验台内的烟气温度。孙晓乾利用1/3尺寸的12层楼梯井实验装置（实验台高12.2m），研究了楼梯井内烟气运动规律和控制方案。以上这些实验装置都是在不考虑外界风情况下进行相关实验，但对于实际的高层建筑，一般都存在较大的外界风，外界风对楼梯井和竖井内部烟气运动具有重要影响，目前国内外只是进行了CFD数值模拟研究，没有进行系统深入的实验研究。

全尺寸火灾实验需要调动大量的人力、物力和财力，另外实验条件难以控制，受各种因素影响大，可重复性差，因此，对于开展大量实验研究，找出其中存在的规律，全尺寸实验装置不是一种很好的选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外界风作用下高层建筑楼梯井（竖井）火灾实验模拟装置，能够在实验室模拟高层建筑火灾燃烧情况，研究外界风作用下高层建筑楼梯井和竖井时的烟气流动规律和控制系统

本发明采用的技术方案为：

一种外界风作用下高层建筑楼梯井或竖井火灾实验模拟装置，包括实验台主体、可移动风幕系统以及配套测控系统；

所述实验台主体，是与实际高层建筑实际尺寸成一定比例的建筑模型，包括楼梯井、竖井、前室、房间、走廊等建筑构件。整体采用钢板搭建，并焊接密封而成，其对外的门和窗采用平开方式，并作高温密封处理，使之关闭时达到密封效果；实验台主体支架采用角钢搭建；实验台主体的前侧均采用钢化玻璃外墙，所述钢化玻璃方便观察建筑内部实验过程和现象，该钢化玻璃与所述角钢之间也作高温密封处理；实验台主体的其他侧面以及楼梯井内楼梯踏步均由耐高温防火板（内衬）和钢板组成；楼梯井、竖井、前室、房间、走廊等建筑构件均有开口，可以通过方形法兰联通。

所述可移动风幕系统，包括风幕支架、支架底端滑轮、风机、风道、电动葫芦钢丝绳、电动葫芦滑轮等组成；所述风幕支架采用角钢搭建，所述支架底端轮子，用于水平方向移动风幕系统。所述风道采用钢板搭建，并焊接密封而成；所述电动葫芦钢丝绳和滑轮用于调节风机和风道高度；

所述配套测控系统，包括火焰和烟气温度测量系统、风速测量系统、压力测量系统、烟气成分分析系统、烟气流场测量系统、烟气辐射热流测量系统；所述火焰和烟气温度测量系统包括楼梯井和竖井中间一串竖向热电偶和前室、房间和走廊内部热电偶阵列；所述风速测量系统包括布置于楼梯井和竖井左侧窗户处以及前室、房间、走廊门口处的高温风速探头阵列及与其电信号连接的数据处理装置；所述压力测量系统包括布置于楼梯井和竖井内部的压力探头及与其电信号连接的数据处理装置；所述烟气成分分析系统包括布置于楼梯井和竖井内部的烟气成分测量探头及与其电信号连接的数据处理装置；所述烟气流场测量系统包括布置于楼梯井和竖井底部以及实验台右侧开口的激光片光源，在实验台正面设置摄像机，以观察实验台内片光面上的烟气流动状况。所述烟气辐射热流测量系统包括布置在楼梯井和竖井壁面上的辐射热流计与其电信号连接的数据处理装置。

其中，所述楼梯井和竖井可以通过方形法兰和前室、房间、走廊等构件自由组合连接，满足不同实验需求。

其中，所述实验台按实际建筑的1：6的比例建造，共分为6层，所述楼梯井、竖井、前室、房间、走廊侧墙上具有可自由关闭的开口，也可用于实验人员布置测量装置和清洗实验台。