[发明专利]一种可调风温及湿度的峡谷隧道群污染物窜流测量系统

权利要求书

1.一种可调风温及湿度的峡谷隧道群污染物窜流测量系统，所述峡谷隧道群由穿过n座山体的双向隧道所组成的主隧道群(1)，且相邻两座山体中的双向隧道通过处于峡谷中的公路连接；其特征在于，所述峡谷隧道群污染物窜流测量系统是利用防火板搭建所述主隧道群(1)，利用防火保温棚模拟山体的峡谷环境；按照行车方向将山体中的隧道记为上游隧道(2)及下游隧道(3)；

在所有上游隧道(2)及下游隧道(3)的顶棚位置均设有竖向顶棚排烟软管(5)，用于排烟；

在含有坡度的上游隧道(2)及下游隧道(3)的顶棚位置均设有平行于顶棚的排烟软管(6)，用于横向排烟；在含有坡度的上游隧道(2)及下游隧道(3)的排烟软管内部均铺设一层复合光触媒纳米矿晶(44)，用于吸收有害气体；

在n座山体的双向隧道的第1个隧道的入口处分别布置有纵向通风装置(7)；

在每个双向隧道的下方均设置有调节装置(8)；

在所有峡谷的公路一侧均设置有可调风温及环境湿度的峡谷风模拟装置(9)；

在峡谷隧道群的隧道或公路上设置有实验小车(10)；

在所述峡谷隧道群污染物窜流测量系统中设置有多功能环境检测器(11)，包括：温度传感器(40)，湿度传感器(41)，风速传感器(42)，CO浓度传感器(43)，并分别用于检测环境温度、湿度、风速、CO浓度指标；

所述纵向通风装置(7)包括：可变频第一轴流风机(12)，且在所述可变频第一轴流风机(12)的前方设置有第一整流段(13)，用于对所述可变频第一轴流风机(12)的纵向风(14)进行整流；

所述调节装置(8)包括：第一支架(15)，第二支架(16)，合页(17)，液压杆(18)，万向轮(19)及卡环(20)；

所述第一支架(15)的上端通过合页(17)与隧道的底部相连，所述第一支架(15)的下端通过所述液压杆(18)与所述第二支架(16)的上端相连，所述第二支架(16)的下端连接所述万向轮(19)，所述万向轮(19)上通过卡环(20)固定在地面；以所述万向轮(19)实现双向隧道之间横向距离(45)、纵向距离(46)的调节；以所述液压杆(18)实现双向隧道的高度和坡度调节；

所述可调风温及环境湿度的峡谷风模拟装置(9)包括：可变频第二轴流风机(21)，第二整流段(22)，弧形导轨(24)，峡谷保温棚(25)，制冷装置(27)，加热装置(28)，加湿器(29)；

所述弧形导轨(24)设置在峡谷公路(4)的一侧，在所述弧形导轨(24)上设置有可变频第二轴流风机(21)；以所述可变频第二轴流风机(21)自身的摆动角度以及弧形导轨(24)上移动位置实现不同峡谷风(23)风向的模拟；

在可变频第二轴流风机(21)的前方设置有第二整流段(22)，用于对所述可变频第二轴流风机(21)的峡谷风(23)进行整流；

所述峡谷保温棚(25)设置在可变频第二轴流风机(21)的出风口所在垂直面和顶部所在的平面并形成半开放空间，使得所述可变频第二轴流风机(21)在弧形导轨(24)上移动时能处于所述半开放空间中；

在所述可变频第二轴流风机(21)的两侧设置有推拉装置(26)，以实现可变频第二轴流风机(21)在所述半开放空间中的移动；

所述制冷装置(27)包括：半导体制冷片(30)；所述半导体制冷片(30)位于峡谷保温棚(25)的上部，用于在空气热对流的作用下，使得所述峡谷保温棚(25)内温度下降，以达到初始峡谷低温环境；

所述加热装置(28)包括：若干个加热网(31)，一部分加热网(31)置于所述可变频第二轴流风机(21)的出风口处，另一部分加热网(31)设置于双向隧道的公路之间，用于在空气热对流的作用下，使得所述峡谷保温棚(25)内温度上升，以达到初始峡谷高温环境；

所述加湿器(29)放置在可变频第二轴流风机(21)的出风口处，用于改变模拟峡谷环境湿度；

所述实验小车(10)包括：气体火实验小车(32)和液体火实验小车(33)；

所述气体火实验小车(32)上设有气体罐(34)及燃烧器(35)，且所述气体罐(34)与流量计(36)连接，用于模拟实验燃烧火为气体火焰时的火源；

所述液体火实验小车(33)上设有天平(37)，且在天平(37)上设有燃烧池(38)及燃料(39)，用于模拟实验燃烧火为液体火焰时的火源。

2.根据权利要求1所述的一种可调风温及湿度的峡谷隧道群污染物窜流测量系统的测量方法，其特征是按如下步骤进行；

步骤1：峡谷环境中隧道结构搭建；

步骤1.1：通过横向移动所述调节装置(8)中的万向轮(19)，以调节双向隧道间的横向距离(45)，并在调节完成后通过卡环(20)固定；

步骤1.2：通过纵向移动所述万向轮(19)，以调节上下游隧道间的纵向距离(46)，并在调节完成后通过卡环(20)固定；

步骤1.3：调节液压杆(18)高度以实现双向隧道的高度和坡度调节；

步骤2：选定实验火源类型以确定实验小车(10)的类型，若为气体火源，则选择气体火实验小车(32)，若为液体火源，则选择液体火实验小车(33)，并将选定的实验小车(10)放置在双向隧道或公路选定的位置上；

步骤3：调节可变频第二轴流风机(21)自身的摆动角度，并通过推拉装置(26)在弧形导轨(24)上移动所述可变频第二轴流风机(21)所处的位置后，开启所述可变频第二轴流风机(21)并调整其工作频率，使得所述可变频第二轴流风机(21)的轴流风通过所述第二整流段(22)的整流后，进入到峡谷中，以模拟在不同风速和风向下的峡谷风(23)；

步骤4：设置峡谷环境内温度参数，即峡谷保温棚(25)内的温度；

若为高温工况下的峡谷环境温度，则执行步骤4.1-步骤4.4；

若为低温工况下的峡谷环境温度；则执行步骤4.5-步骤4.8；

步骤4.1：设置任一初始加热网(31)的工作功率，在加热网(31)工作后，温度传感器(40)开始采集峡谷保温棚(25)内的高温温度，并将所获取的高温温度数据通过Kalman滤波算法进行预处理，得到滤波后的高温温度；

步骤4.2：将滤波后的高温温度与预先设置的峡谷环境的目标高温温度进行比较，以得到高温偏差值；

步骤4.3：通过数据线性回归方法拟合相邻加热网(31)之间距离、发热功率及实时风速与功率衰减变化量的关系函数，并利用迭代加权平均方法对所述关系函数进行处理，得到加热网(31)在下一时刻的功率衰减变化量；将所述高温偏差值带入PID算法中，并结合加热网(31)下一时刻功率衰减变化量，得出下一时刻加热网(31)的工作功率并用于热量补偿；

步骤4.4：对各个加热网(31)按照步骤4.1-步骤4.3的过程实行不同的功率控制，并通过反复PID计算和温度补偿调节，以逐步逼近目标温度，从而达到在峡谷风(23)作用下峡谷保温棚(25)内的整体温度场均匀；

步骤4.5：设置任一初始半导体制冷片(30)的工作功率，在半导体制冷片(30)工作后，温度传感器(40)开始采集峡谷保温棚(25)内的低温温度，并将所获取的低温温度数据通过Kalman滤波算法进行预处理，得到滤波后的低温温度；

步骤4.6：将滤波后的低温温度与预先设置的峡谷环境的目标低温温度进行比较，以得到低温偏差值；

步骤4.7：通过数据线性回归方法拟合相邻半导体制冷片(30)之间距离、制冷功率及实时风速与功率衰减变化量的关系函数，并利用迭代加权平均方法对所述关系函数进行处理，得到半导体制冷片(30)在下一时刻的功率衰减变化量；将所述低温偏差值带入PID算法中，并结合半导体制冷片(30)下一时刻功率衰减变化量，得出下一时刻半导体制冷片(30)的工作功率并用于热量补偿；

步骤4.8：对各个半导体制冷片(30)按照步骤4.5-步骤4.7的过程实行不同的功率控制，并通过反复PID计算和调节，以逐步逼近目标低温温度，从而达到在峡谷风(23)作用下峡谷保温棚(25)内的整体温度场均匀；

步骤5：设置峡谷环境内湿度参数，即峡谷保温棚(25)内的湿度；

步骤5.1：设置初始加湿器(29)的工作功率，在加湿器(29)工作后，湿度传感器(41)开始采集峡谷保温棚(25)内的湿度，并将所获取的湿度数据通过Kalman滤波算法进行预处理，得到滤波后的湿度；

步骤5.2：将滤波后的湿度与预先设置的峡谷环境的目标湿度进行比较，以得到湿度偏差值；

步骤5.3：将所述湿度偏差值带入PID算法中得到加湿器(29)在下一时刻的功率变化量，以控制加湿器(29)在下一时刻的工作功率；

步骤5.4：对加湿器(29)按照步骤5.1-步骤5.3的过程实行不同的功率控制，并通过反复进行PID计算和调节，以逐步逼近目标湿度，从而达到在峡谷风(23)作用下峡谷保温棚(25)内的整体湿度场均匀；

步骤6：点燃实验小车(10)上的火源，小车随即将产生火灾污染物烟气(47)；

步骤7：调节所述可变频第一轴流风机(12)的工作频率，以调节所述可变频第一轴流风机(12)的风速；由所述风速传感器(42)获取峡谷内纵向风(14)风速；

步骤8：通过改变所述可变频第一轴流风机(12)的工作频率来改变上游隧道(2)内纵向的通风风速，并观察在峡谷环境的隧道结构中以及峡谷温湿度和峡谷风条件下的火灾污染物烟气(47)的流动情况；

步骤9：通过观察上游污染物烟气(47)是否进入下游隧道(3)内，并结合下游隧道(3)口处温度传感器(40)和CO浓度传感器(43)所采集的数据，综合判断是否发生窜流；若发生窜流，则执行步骤9.1，若未发生窜流，则执行步骤9.2；若处于临界状态，则执行步骤9.3；

步骤9.1：通过PID控制所述可变频第一轴流风机(12)的工作频率减小，进而减小所述可变频第一轴流风机(12)的风速，等待污染物烟气(47)的流动状态稳定后，返回步骤9；

步骤9.2：通过PID控制所述可变频第一轴流风机(12)频率增大，进而增大所述可变频第一轴流风机(12)的风速，等待污染物烟气(47)的流动状态稳定后，返回步骤9；

步骤9.3：记录当前峡谷环境的隧道结构、峡谷温湿度和峡谷风(23)条件，以及临界窜流时可变频第一轴流风机(12)的风速后，返回步骤1，从而采用控制变量的方法重新进行设置。