[发明专利]一种研究风环境中火溢流在狭长受限空间蔓延的模拟装置

说明书

本发明公开了一种研究风环境中火溢流在狭长受限空间蔓延的模拟装置，其能够在实验室内模拟类似街谷这样的狭长受限空间发生火灾之后在一侧施加不同的风环境时火溢流的蔓延情况，能够研究不同风速、不同狭长受限空间宽度、火源功率、起火房间开口尺寸、起火房间结构对狭长受限空间内火溢流蔓延特性的影响。本装置主要包括模拟装置主体，外挡墙、送风系统以及配套的测控系统，模拟装置主体与外挡墙组成一个狭长的受限空间，结构简单，操作方便。通过和外挡墙及送风系统的结合，实现对不同影响因素作用下，狭长受限空间内火溢流流动特性、温度分布、速度分布、辐射热流分布等全面系统的研究。

技术领域

本发明属于火灾安全技术领域，具体为一种研究风环境中，火溢流在狭长受限空间内蔓延的模拟实验装置。针对环境风对狭长受限空间火溢流蔓延的影响，可以在不同的受限空间一侧施加不同的风环境研究受限空间火溢流的流动特性。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的加快、城市建设的蓬勃发展以及对城市空间高效利用必要性的凸显，城市土地日益呈现高密度的紧凑型开发模式，虽然提高了建筑密度和建筑容积率，增加了更多城市使用空间，也导致了建筑空间环境促狭压迫。在建筑密集区，建筑物之间特别容易形成狭长的微环境，该狭长受限空间内部在外界风环境的作用下，会形成类似于峡谷内的气流运动，其内部局部风速会远大于环境风速，这将会对其内部大气中污染物的分布以及火灾工况中烟气及火势的蔓延产生影响。

建筑物发生火灾后，当起火房间的火灾发展到一定规模，高温烟气产生的热压和热辐射会导致外窗破裂，高温烟气夹带着火焰从玻璃破裂处喷出，在浮力的作用下上升形成火溢流。在建筑密集区，由于两旁建筑距离较近，一旦其中一侧建筑发生火灾，则有可能对另一侧建筑造成影响。狭长受限空间内火溢流的流动特性不仅与火源大小、起火房间结构、外立面开口结构及尺寸密切相关，外部空间结构及外界风环境也是影响其流动特性的主要因素。在狭长受限空间内，由于空间狭窄，局部风速大，其火势蔓延极有可能向下游或临近建筑蔓延，形成不可控的大型火场。因此，研究密集建筑形成的狭长受限空间内火溢流的流动特性对其内部火势的蔓延及烟气的扩散就变得十分必要。

Yokoi、Oleszkiewicz、Lee、Thomas等都在大量实验的基础上建立了火溢流流动特性的理论模型，得出了火溢流的轴心温度及速度随高度的变化规律，建立了火溢流与外墙之间的热流传递模型，并得到进一步的修正。中国科技大学的唐飞、胡隆华等人通过理论分析、模型实验等手段对自由边界、有垂直挡墙、倾斜挡墙限制边界以及高原低压、低氧环境下建筑外立面开口溢流行为的特征进行了研究。上述大多数研究多是基于火源特性、窗口结构对火溢流蔓延特性的影响。但在外界风作用下狭长受限空间火溢流的流动特性以及在此基础上研究相应的火灾控制技术也是建筑防火安全设计的主要内容之一。过去关于外界风对火灾蔓延影响的研究多是集中在室外火灾，研究的目的部分是用于草场火灾或森林火灾的蔓延，对于风环境对狭长受限空间内火溢流流动特性影响的研究并不多见。利用数值模拟尽管可以对外界风及环境结构对火溢流流动的影响进行研究，但数值模拟存在燃烧模型、湍流模型不完善，边界条件设定具有不确定性等缺点，且数值模拟结果的正确性也必须有实验结果来检验。全尺寸燃烧实验耗费大，不安全，且实验条件难以控制，以相似理论为基础开展比例模型实验就成为研究风环境作用下狭长受限空间火溢流流动特性的最好选择。基于此，设计出一套能模拟狭长受限空间火溢流蔓延的实验装置，用于研究风环境及狭长空间结构对狭长受限空间内火溢流流动特性的影响，找出不同影响因素作用下，狭长空间内火溢流流动的一般规律，将得出的实验结论推广到实际工程应用中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟装置用于研究不同的风环境及狭长空间结构对狭长受限空间内火溢流蔓延的影响，能够在不同宽度的狭长受限空间一侧施加不同的风速以研究受限空间内火溢流的流动特性。

本发明采用的技术方案为一种研究风环境中火溢流在狭长受限空间蔓延的模拟装置，本装置主要包括模拟实验装置主体、送风系统、外挡墙及配套的测控系统。