[发明专利]一种采用水蒸气模拟巷道火灾烟流的方法及实验系统

说明书

一种采用水蒸气模拟巷道火灾烟流的方法及实验系统，该方法采用过热蒸气在空气中的运动来模拟火灾产生的高温烟气在空气中的蔓延和热量传递过程，通过准确地观测水蒸气的运动过程，来模拟不同火源功率下巷道内温度和密度的实时变化情况，得到温度纵向衰减规律，进而揭示烟气的流动机理，同时本发明还可用于模拟火源位置和巷道倾角对烟气逆流长度的影响，其实验系统包括火源模拟系统、巷道模拟系统、水蒸气观测系统、以及数据监测装置，与现有技术相比，本发明能够准确地模拟巷道火灾烟气流动过程，严格遵守物理过程的相似准则，且实验系统结构简单、易于制造、实验清洁无污染、成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种巷道火灾模拟实验方法，具体是一种采用水蒸气模拟巷道火灾烟流的方法及实验系统。

背景技术

在矿井、隧道、地铁等狭长空间内发生的火灾，具有突发性、快速扩散、伤亡损失后果严重等特点，使其成为了威胁安全生产发展的重要原因，也使火灾成为了各企业重点关注的安全发展问题。几十年来，国内外学者做了大量不同规模的火灾实验，对火灾时期的烟气运移分布规律、风流状态和不同物理参数的变化等进行了深入研究，但是进行火灾实验需要一定的人力、物力以及资金的支持，而且实验模型简单，相比于实际结构的复杂程度具有很大的局限性，实验过程中也存在不可控制的风险，容易引发事故。

近年来，另一种根据相似理论模拟火灾烟气流动的小尺寸模型实验越来越受到重视。中国发明专利申请2013年12月11日公开的一种公开号为CN103440810A的“用于建筑通风排烟实验的盐水实验模拟系统及使用方法”，该系统将现实中火源热气流在空气中的流动以盐水在清水中的流动模拟出来，但是该实验系统无法模拟实际火灾烟气的辐射换热现象以及和壁面的传热情况，且盐源所具有的初始动量也会造成实验误差，因此难以准确地模拟现实中火灾烟气流动规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用水蒸气模拟巷道火灾烟流的方法及实验系统，能够克服大尺寸火灾实验的危险特性以及盐水实验无法进行热量传输的不足。

为了实现上述目的，本发明提供一种采用水蒸气模拟巷道火灾烟流的方法，水蒸气实验与实际火灾烟气的相似准则关系可通过如下计算得到：

假定环境流体的密度为ρ₀，水蒸气或空气中羽流的密度为ρ₀+Δρ，Δρ为羽流与周围环境空气的密度差，羽流体积为V，由于羽流与周围流体密度存在密度差，故会产生一个向上的浮力，记为ΔρgV，由此可计算出羽流的加速度为Δρg/(ρ₀+Δρ)，一般而言，流体的密度随温度的变化不会有大范围的改变，故可忽略不计密度的变化Δρ，则折减重力加速度为：

为了能够在各种浮力驱动的流动中采用统一的参数度量浮力的大小，引入浮力通量的概念，浮力通量的定义为：

B＝g′Q

式中，

B为浮力通量(m⁴/s³)；

Q为烟气或水蒸气流体的体积流量(m³/s)；

对于真实的巷道火灾，根据能量守恒定律：

Q^*＝C_PΔmΔT＝C_Pρ_sQ_s(T_s-T₀)

式中：

Q^*为火源热释放功率；

C_p为烟气的比热，常温下烟气的比热近似空气的比热，值为1.005KJ/(kg·K)；

Δm为烟气质量流量的变化；