[发明专利]一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置

说明书

本发明公开了一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，包括腔室、供风系统以及数据采集处理系统；本实验模拟装置是专门对环境风作用下船舶顶部开口舱室发生火灾时烟气流动状态、流动形式、流动过程以及腔室内火行为的影响进行全面系统研究的小尺寸实验台。在前人基础上克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不够精确的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际船舶顶部开口舱室烟气控制和优化排烟效果都有较大的应用价值。对船舶顶部开口舱室的火灾时排烟系统的设计具有实际的指导意义。

技术领域

本发明涉及火灾安全技术领域，更具体地说是涉及一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，用于对水平风强迫对流作用下的船舶顶部开口的受限空间内火灾行为的研究。

背景技术

全球经济发展加速了海上贸易的发展，促进了全球航运业。与此同时，海上船舶的火灾安全问题也愈加突出。不同于陆地建筑火灾，船舶舱室多是顶部开口，人员疏散出口少，且火灾烟气无法有效排出，所以一旦发生火灾，损失必将巨大。

事实上，船舶海上航行不可避免会受到环境风的影响。环境风作用下船舶舱室内外的气体输运机制与特征也与无风环境下存在差异，环境风作用下船舶顶部开口舱室水平开口处不仅受到舱室内膨胀压力与浮力的耦合作用，还受到水平强迫对流的影响，这些均使得舱室内燃烧产物输运过程与外界无风的情况会有所不同，且水平开口处空气与烟气掺混交换的模式更加复杂。

前人的研究仅对环境风作用下中庭、隧道等结构的自然排烟口处的烟气输运进行了探讨，易亮等人利用双区模型研究了水平风对腔室火灾自然排烟的影响，并提出了用净风压系数来表征环境风的作用。阳东等人研究了环境风压对中庭水平开口处排烟的影响，建立了定量描述腔室开口下方热压及其驱动水平开口排烟的系列模型，并揭示了影响水平开口排烟效率的主要因素。范传刚等人针对外界环境风对隧道竖井自然排烟效率的影响进行了模拟研究。纪杰等人针对外界风速影响下门窗敞开的房间火灾特征参数开展了实验研究。Chow等人分析了环境风、浮力及热膨胀的相互作用对竖向双开口的腔室火行为的影响。Venkatasubbaiah等人采用大涡模拟方法研究了风作用于上层腔室侧门时腔室内热羽流的行为特征。

然而，由于顶部开口舱室结构的特殊性，以往的试验数据和数值模拟结果不能充分揭示并用于分析环境风作用下船舶顶部单开口腔室内火灾行为及气流输运行为，更重要的是，全尺寸整船火灾实验需要调动大量的人力物力财力，并且条件难以控制、实验不易展开。所以，开展满足相似性理论的小尺寸实验研究，能更好地揭示环境风作用下船舶顶部单开口腔室内火灾行为及气流输运行为。同时，小尺寸实验具有易操控性、良好的可再现性以及测量结果的可信度高等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，为了能够在实验室尺度下充分研究环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾行为，也即水平风强迫对流作用下顶部开口的受限空间内火灾行为。

本发明采取以下技术方案：

一种环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾实验模拟装置，包括腔室、供风系统，以及数据采集处理系统；

所述腔室，是由五面钢板及一侧面透明玻璃构成的长方体，腔室内底部放置一油盘，油盘内放置用于燃烧的液态燃料；

所述供风系统，包括设置在腔室一侧小型风墙，风机侧固定有一面多阵列稳流管，用于提供均匀风流；