[发明专利]一种多功能地铁区间隧道火灾通风排烟模式模拟研究平台

说明书

本发明提供一种多功能地铁区间隧道火灾通风排烟模式模拟研究平台，包括隧道模型主体、纵向通风排烟系统、横向通风排烟系统、火源燃烧模拟系统和测量记录系统；所述纵向通风排烟系统主要由变频轴流风机和整流管段构成；所述横向通风排烟系统主要由排烟管道、变频轴流排烟风机、电动排烟阀、送风管道、变频轴流送风风机和电动送风阀构成；所述火源燃烧模拟系统包括液体火源燃烧模拟系统和气体火源燃烧模拟系统；所述测量记录系统包括风速测量记录系统、烟气温度测量记录系统、烟气成分浓度分析系统和视频记录系统。本发明可以实现多种隧道火灾通风排烟模式的模拟研究，方便测量记录烟气温度、成分和浓度，便于比较各种通风排烟模式的排烟效果。

技术领域

本发明涉及地铁隧道通风排烟技术领域，具体是一种多功能地铁区间隧道火灾通风排烟模式模拟研究平台。

背景技术

随着中国城镇化进程的推进，城市人口密度越来越多，地面道路拥堵不堪，各大城市均在修建自己的地铁交通系统，改善道路交通环境。然而地铁火灾是一个不可回避的问题，尤其是当地铁列车发生火灾失去动力停靠在区间隧道中时，由于隧道是狭长的受限空间，极易造成有毒烟气的中毒事故。因此，在发生火灾时，如果能够对火灾现场进行有效的通风排烟，对火灾烟气实现有效的控制，为人员疏散提供安全无烟的环境，对于减少地铁火灾的人员伤亡具有重要意义。这就需要对隧道火灾中的烟气输运特性进行相应的研究。

现阶段对隧道火灾烟气输运特性的研究主要是通过全尺寸隧道实验研究、小尺寸模型实验研究以及数值模拟研究这三种方法进行的。其中，全尺寸实验研究的准备周期长、可重复性差、资金消耗量大，而数值模拟研究又往往需要实验数据进行对比验证，因此，可重复性好、实验周期短、可信度高的小尺寸模型实验研究就成为隧道火灾研究人员的必选。根据调查研究可知，国内一些科研院所已经建立了一些隧道模型实验台，比如中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室拥有一座长度72m、高度1.30m、宽度1.50m的矩形截面隧道模型实验台，主要用来研究特长公路隧道的纵向通风排烟模式的排烟效果；中南大学建立的马蹄形截面的隧道模型实验台的长度虽然达到52.5m，但是该实验台的截面积只有0.65m²，弧顶最大高度为0.70m，模型路面宽度为1.10m，主要用来研究特长公路隧道主体纵向通风排烟模式和重点通风排烟模式的有效性；西南交通大学的机械学院建立了一座比例为1:15、长度为15m、高度为0.32m、宽度为0.70m的矩形公路隧道主体模型，采用气体火源，主要用来研究公路隧道竖井排烟模式的有效性；武汉大学建立了一座1:20的小尺寸弧顶隧道模型试验台，该隧道模型路面宽度为0.465m，弧顶高度为0.322m，总长度只有13m。另外，韩国的JaeSeongRoh等人也建立了一座1:20的弧顶隧道模型实验台，该试验台的高度和宽度均为0.40m，长度只有10m，隧道的一端安装有变频轴流风机，只能用来模拟研究隧道纵向通风排烟模式的效果。

通过上述调研可知，现阶段的小尺寸模型实验研究平台还存在一些需要改进的地方：

(1)通风排烟模式单一

现有的隧道火灾模拟平台大部分只能实现一种通风排烟方式的模拟研究，要么单纯的自然通风排烟，要么单纯的纵向通风排烟，很少有能够将多种通风排烟模式集成到一体的研究平台。

(2)隧道模型尺寸偏小

现阶段国内外大多数的隧道模型由于受到实验场地的限制，长度基本上都在10m左右的范围内。实际上，隧道模型的尺寸对于模拟结果具有重要的影响。尺寸过小的隧道模型难以满足一些重要的相似准则，横截面积过小会影响烟气的湍流结构，改变烟气运动的流场特征；长度过小则无法模拟研究距离火源较远位置处的烟气运动情况。

(3)火源燃烧模拟方式单一

现有的隧道火灾模拟平台多采用油盘模拟火源的燃烧。但是油盘火源的热释放功率主要由燃料种类和油盘的面积决定，无法实现火源功率的连续调节，实验中需要多次更换火源油盘。

(4)通风风速调控精度低