一种地铁车辆段混合通风系统模拟实验装置及实验方法与流程

本发明涉及用于有上盖物业的地铁车辆段混合通风系统在火灾情况下排烟系统工作效率的研究领域，特别涉及一种地铁车辆段混合通风系统模拟实验装置及实验方法。

背景技术：

近年来，随着含上盖物业的地铁车辆段不断增多，用于该类型建筑的通风系统也不断发展，从传统的自然通风和机械通风基础上演化出了一种混合通风模式。对于大型公共建筑，首先要确保其在火灾状况下对烟气层的控制能力及烟气扩散的抑制能力和排烟效率，而目前针对建筑通风系统安全性的研究，主要是通过实验装置和数值模拟技术来进行的。针对新出现的混合通风系统，目前主要通过数值模拟技术和理论计算开展研究，但尚无相关实验研究。，由于缺少了实验研究，因此对混合通风系统的整体运行特性及建筑内气流运动规律的研究难以深入，同时因为缺乏足够的实验数据，无法建立完整精确的数值模型，所以通过数值模拟技术也难以完全准确的反映出混合通风系统运行时烟气在建筑内部的运动特性。因此，通过实验装置研究在混合通风系统作用下建筑内部发生火灾时的温度分布，烟气扩散速度，烟气沉降速度等规律，同时为相关数值模拟技术的发展提供了基础理论支撑，对提高混合通风系统的安全性也具有十分重要的意义。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种地铁车辆段混合通风系统模拟实验装置及实验方法，其可以用于研究含上盖物业的地铁车辆段在发生火灾时，建筑内的烟气的扩散速度，烟气沉降速度，烟气排出速度和烟气层界面高度变化规律等，为混合通风系统在含上盖物业地铁车辆段中应用的安全性研究提供直接的实验验证和理论支持，同时为后续数值模拟研究提供大量的数据支撑，以完善数值模型，提高数值模拟精度。

本发明所述的一种地铁车辆段混合通风系统模拟实验装置及实验方法，其采用的技术方案为：包括建筑结构模拟装置、燃烧装置、通风装置、导流装置、温度测量装置、数据采集装置和计算机，所述建筑结构模拟装置包括底层和设在所述底层上方的夹层，所述底层为内部中空的长方体型结构，其包括底板和与其平行的顶板，所述底板和所述顶板之间通过侧板连接，每个所述侧板上均等距设有若干侧窗，所述夹层包括盖板和若干个支撑柱，所述盖板平行设在所述顶板上方，所述盖板通过若干所述支撑柱与所述顶板连接，所述顶板下方设有挡烟垂壁，所述顶板上均匀设有若干通透的开口，每个所述开口上方均设有竖井，其中位于底层中心的两个竖井正下方设有所述通风装置，每个所述通风装置上方的竖井均设有所述导流装置，所述底板的中心设有所述燃烧装置，所述底层内平行且等距设有若干立柱，每个所述立柱内从上至下均横向设有若干通孔，每个所述立柱至少一个通孔内设有所述温度测量装置，所述温度测量装置通过数据线与所述数据采集装置连接，所述数据采集装置通过数据线与所述计算机连接。

所述建筑结构模拟装置整体由耐火玻璃和金属框架构成，其中所述盖板、所述底层的顶板和侧窗均为耐火玻璃，其全透明结构，通过示踪粒子即可观察分析气流路径，便于同数值模拟结果相对比；内嵌式传感器布置方式，避免了传感器及连接装置对内部气流的干扰，提高了结果准确性。

进一步改进，所述建筑结构模拟装置的长为2.2m、宽为1.4m、高为0.39m，其中所述盖板、所述顶板和所述底板的厚度均为0.05m，夹层的净高（即盖板下表面至顶板上表面之间的距离）和底层的净高（即顶板下表面至底板上表面的距离）均为0.12m。

进一步改进，每个侧板上相邻两个所述侧窗的边缘间距均为0.08m，每个所述侧窗的长均为0.08m，其高均为0.036m。

进一步改进，每个所述竖井的长和宽均为0.12m、高均为0.096m，每两个相邻竖井之间的中心横向间距0.44m，其中心纵向间距0.34m。

进一步改进，所述燃烧装置为可调式方形的燃料盘，所述燃料盘的开口宽度为0.05m，其长度为0-0.1m，所述燃料盘开口深度为0.05m。

进一步改进，所述通风装置包括射流风机，所述射流风机可拆卸的设在所述顶板的下侧壁上，所述射流风机的出风口向上，其通过带调频器的电机驱动。

所述射流风机的最高处的高度低于底层顶板的高度，所述导流装置引导被射流风机加速的气流沿着夹层顶板均匀流向外部边界。

进一步改进，所述导流装置包括若干片曲面状的金属片，所述若干金属片焊接构成曲面角度为90度的曲面型结构。

进一步改进，所述挡烟垂壁为四道，其构成“井”字结构，所述四道挡烟垂壁的下探距离均为0.01m。

本发明解决的另一问题是采用上述的地铁车辆段混合通风系统模拟实验装置进行实验的方法，其步骤为，

（1）组装所述建筑结构模拟装置、燃烧装置、通风装置、导流装置、温度测量装置、数据采集装置和计算机，然后对数据采集系统及温度传感器进行测试标定，保证其使用正常；

（2）计算所需的通风量，调整变频器使所述射流风机的风量达到指定风速；

（3）根据所需要模拟的工况计算所述燃烧装置所需功率，通过调整标定过的燃烧装置开口尺寸，将燃烧装置的功率调整至对应值；

（4）向燃烧装置内加注标定所使用的燃料并点燃，通过数据采集装置开始记录数据；

（5）待实验进行到指定时间后，停止数据采集，熄灭所述燃烧装置火焰，所述射流风机全速运转冷却实验装置至室温。

步骤（4）中所述的燃料加注量每次不超过燃烧盘深度的三分之一， 燃料可为如纯度为99.97%的乙醇，实验时间不超过600秒，以避免装置内各部分受热不均发生形变，影响内部气流运动稳定性，导致增大实验误差。

针对实验数据，可根据竖直方向上立柱内不同高度传感器数据变化情况，分析高温气流层厚度；根据不同高度处温度开始变化的时间，计算出高温气流层沉降速度；根据相同水平面内不同立柱内传感器温度变化，分析烟气层在水平方向上的扩散速度，以此方法还原出建筑空间内部三维尺度上热气流的运动特性及通风装置的工作情况。

本发明的有益效果为：建立了含上盖物业地铁车辆段混合通风模拟实验装置，其使用方便简单，成本低，且可精确测量建筑内温度变化情况；可以通过调整不同的火源强度和通风速度，全面的测试通风系统的性能，提高了装置的适用范围；该发明所述的实验装置为全透明结构，通过示踪粒子即可观察分析气流路径，便于同数值模拟结果相对比；内嵌式传感器布置方式，避免了传感器及连接装置对内部气流的干扰，提高了结果准确性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是本发明的主视结构示意图。

图4是本发明的主视剖面结构示意图

图5是所述竖井及导流装置主视结构示意图。

图6是所述立柱内部孔洞及温度传感器所处位置示意图。

其中，1-夹层，11-盖板，12-支撑柱，2-底层，21-底板，22-顶板，23-侧板，24-侧窗，3-数据采集装置，4-导流装置，5-通风装置，51-射流风机，6-竖井，7-立柱，8-挡烟垂壁，9-燃烧装置, 10-通孔，11-数据线，13-电脑，14-温度测量装置。

具体实施方式

如图1-6所示，一种地铁车辆段混合通风系统的模拟实验装置，包括建筑结构模拟装置、数据采集装置3、导流装置4、通风装置5、燃烧装置9、计算机13和温度测量装置14，所述建筑结构模拟装置为上下双层结构的建筑模型，其尺寸为长2.2m、宽1.4m、高0.39m，所述建筑结构模拟装置包括底层2和设在其上方的夹层1；所述底层2包括底板21和与其平行的顶板22，所述底板21和所述顶板22通过四个侧板23连接构成内部中空的长方体型结构，所述夹层1包括盖板11和若干个支撑柱12，所述盖板11平行设在所述顶板22上方，所述盖板11通过若干所述支撑柱12与所述顶板22连接，所述夹层呈敞开式结构，每个所述侧板上均等距设有若干侧窗24，每个侧板上每两个相邻侧窗24相邻的边缘间距为0.08m，每个所述侧窗的长均为0.08m，其高均为0.036m。

所述顶板22下方设有四道成“井”字型结构的挡烟垂壁8，所示四道挡烟垂壁的下探距离均为0.01m；所述顶板22上均匀设有若干通透的开口，每个所述开口上方均设有竖井6，每个所述竖井的长和宽均为0.12m、高均为0.096m，每个两个相邻竖井之间的中心横向间距0.44m，其中心纵向间距0.34m；其中位于中心位置的两个竖井6的正下方设有所述通风装置5，每个所述通风装置5上方的竖井6均设有所述导流装置4，所述底板21的中心位置设有所述燃烧装置9，所述燃烧装置9为可调式方形的燃料盘，所述燃料盘的开口宽度为0.05m，其长度为0-0.1m，所述燃料盘开口深度为0.05m。

所述底板和顶板之间平行且等距设有若干立柱7，每个所述立柱内从上至下均横向设有若干通孔10，每个所述立柱7的至少一个通孔10内设有所述温度测量装置14，所述温度测量装置14通过数据线11与所述数据采集装置12连接，所述数据采集装置3通过数据线11与所述计算机13连接。

其中，所述温度测量装置14为型号WZP-187不锈钢防水耐高温探头的Pt-100铂热电阻传感器，其探头伸出通孔的长度不超过0.005m，以降低测量系统对实验精度的不良影响。

所述通风装置5包括射流风机51，所述射流风机51可拆卸的设在所述顶板22的下侧壁上，所述射流风机51的出风口向上，其通过带调频器的电机驱动，其最高处的高度低于底层顶板的高度。

射流风机的型号为8025-EC-220，尺寸为0.08m*0.08m*0.03m，调频器型号为慧京-220，所述射流风机5的出风口向上，其最高高度低于所述底层顶部，所述导流装置4包括若干片曲面状的金属片，所述若干金属片焊接构成曲面角度为90度的曲面型结构。

所述数据采集装置为PAC-I7015，数据采集频率为2Hz，精确度0.01度。

采用上述一种地铁车辆段混合通风系统模拟实验装置进行实验方法，其步骤为，

（1）将上述模拟实验装置组装完毕后放置在水平实验台上校准，测试数据采集系统及温度传感器工作状况，完成采集系统和传感器的标定；

（2）调整变频器，使所述射流风机的风量达到指定风速；

（3）根据所需要模拟的工况计算燃烧器所需功率，通过调整标定过的燃烧装置开口尺寸，将燃烧装置的功率调整至对应值；

（4）向燃烧装置中加注纯度为99.97%的乙醇并点燃，加注量不超过燃烧盘深度的三分之一，通过数据采集装置开始记录数据；

（5）待实验进行到指定时间后，停止数据采集，熄灭所述燃烧装置火焰，所述射流风机全速运转冷却实验装置至室温，然后可开始下一组实验。

以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。