一种多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统的制作方法

本实用新型属于地下空间结构工程建设技术领域，尤其属于地下空间结构安全工程建设技术领域，特别涉及多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统的设计。

背景技术：

随着我国经济建设的快速发展，地下空间结构的规模逐渐壮大，地下空间结构主要包括交通隧道、地下人行通道、地下铁道、地下车站、矿井巷道等。地下空间结构不仅具有不侵占地面资源，缓解城市用地紧张及交通拥堵，缩短行车里程等特点，而且在资源开发方面也是不可缺少的重要结构型式。

随着应用的增加和技术的发展，国内外学者和设计工程师逐渐认识了到了地下空间结构防灾疏散救援工程的重要性，尤其是对地下空间结构火灾灾害的重视。目前，研究地下空间结构火灾的主要方法有现场原型试验、室内缩尺模型试验以及数值模拟三种。其中，现场原型试验由于燃烧材料、设备仪器等因素，会耗费巨大的成本；数值模拟虽然成本低，但其模拟基于理论，过程及结果过于理想化；室内缩尺模型试验具有成本相对现场原型试验较低，且与实际情况吻合度较好的特点，因此，室内缩尺模型试验一般为地下空间结构火灾研究方法的首选方案。但由于试验的模型是用于模拟火灾，因此，所需制作材料和传感器均需具有耐高温的特性，并且，地下空间结构的模型制作工序较复杂，在材料费和制作费上，还是需要一定的制作成本。一般火灾试验的模型多为针对某类型或某个工程设计，应用范围较小，往往花费一定成本制作的火灾试验模型很多时候只进行了一类试验便被弃用了，从而造成研究成本的浪费。

因此，设计制作一种多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统以适应进一步的研究与探索的需要。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统。本实用新型目的是提供一种用于地下空间结构火灾燃烧模拟研究的多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：

多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验系统，包括地下空间模拟结构、温度传感器、风速传感器、轴流风机和模拟火源，其特征在于：

所述地下空间模拟结构由主空间结构和分支空间结构组成；主空间结构由多个主空间结构段组成，主空间结构段之间可拆分密封连接，每个主空间结构段是包括顶墙、侧墙和底部的通道结构；多个主空间结构段中有任意数个设置附加的分支空间结构，分支空间结构连接于主空间结构段一侧，分支空间结构是包括顶墙、侧墙和底部的通道结构，每个分支空间结构与主空间结构段连接处设置有可开闭的防护门；

所述模拟火源为油池盘，放置于主空间结构或分支空间结构的通道结构中；

所述温度传感器和风速传感器布置在通道结构中，以模拟火源位置向主空间结构或分支空间结构两端延伸布置，包括通道结构中多断面延伸布置和顶墙延伸布置；

所述轴流风机设置于主空间结构通道结构一端或/和分支空间结构通道结构外端。

进一步所述每个主空间结构段设置有独立的转向滑轮，可随意滑动、转向和停止固定；各主空间结构段之间通过螺栓连接构成主空间结构。

进一步所述每个主空间结构段由钢板材料制成的顶墙、一侧侧墙和底部、及其防火玻璃或有机玻璃材料制成的可拆卸组装的另一侧侧墙构成。

进一步所述分支空间结构通道结构的轴向与主空间结构水平平面有0～45度夹角。即分支空间结构与主空间结构可以水平连接或成一倾斜角度连接。

所述分支空间结构是由有机玻璃制成的可视透明的通道结构。

进一步所述温度传感器在顶墙延伸布置随远离模拟火源位置距离增加温度传感器间距增加，温度传感器在同一断面沿竖直中线布置。

进一步所述风速传感器布置在各断面竖直中线中心，并至少在分支空间结构与主空间结构连接处两侧断面分别布置。

本实用新型多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统，可以在实验室展开对地下空间结构发生火灾后的烟气蔓延和温度升温的模拟，并可实现对烟气温度、风速、风压等参数的测试。

本实用新型多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统，模型结构由主空间结构和分支空间结构两部分组成，除此之外，还有通风系统、火源系统、温度测量系统以及风压测量系统。

本实用新型主空间结构是可以由多个主空间结构段组成，如采用10组主空间结构段组成，每个主空间结构段长2.5m，宽0.9m，高0.65m；其之间采用钢板加螺栓连接形成整条主空间结构，卸掉螺栓即可将主空间结构段分开，且每个主空间结构段下方设置有带刹车功能的转向滑轮，可随意滑动、转向和停止。根据需要，将整条主空间结构的某些连接螺栓卸掉变形成两段或多段，再将各段进行滑动、转向组合在一起，便可变形得到不同形式的地下空间结构。

主空间结构与分支空间结构连接处设有防护门，防护门可开启0-0.5m的不同宽度，当开启防护门，便可模拟主空间结构和分支空间结构相互耦合情况下的火灾情景，关闭防护门，便可单独模拟主空间结构的火灾情景。

主空间结构制作主材为钢板、防火玻璃和有机玻璃，主空间结构的顶墙、底板和一侧侧墙采用钢板制作，另一侧侧墙采用防火玻璃和/或有机玻璃制作，且防火玻璃和有机玻璃为活动安装，方便拆卸。分支空间结构制作主材为有机玻璃。采用防火玻璃和有机玻璃主要是为了有助于观察火灾时结构内部烟气的流动状态。

通风系统，是在主空间结构端部或分支空间结构端部布置轴流风机，由轴流风机提供不同的风速边界条件，从而模拟不同地下空间结构内风速耦合工况下的火灾情景，风速通过调节风机转数来改变，风机转数由变频器进行控制。

火源系统，是采用油池火来模拟火源，模拟火源的油池盘大小面积与火源释放速率存在关系，火源释放速率是通过燃烧试验确定，试验主要采集不同火灾规模条件下的质量损失速率，然后将质量损失速率与燃烧物质的燃烧速率相乘即得热释放速率，从而确定火源的油池盘大小面积。火源热燃烧物用量应保证燃烧时间可持续20min左右。燃烧物质的燃烧速率可以根据材料的性能数据查表获得。

温度测量系统，是采用量程为0-1000℃的铠甲热点偶及热电偶树布置在主空间结构与分支空间结构中。布置原则为火源附近密度较大，随着远离火源，布置间距逐渐增大；布置位置主要为空间结构顶部和典型断面处。通过数据采集系统，将火灾燃烧过程中的结构顶部、横断面不同高度等位置的温度变化值收集到计算机中，并进行后期的处理和分析。

风压测量系统，是采用量程为0-10m/s的微差压变送器布置在主空间结构与分支空间结构中。布置位置主要为空间结构的典型断面处。通过数据采集系统，将火灾燃烧过程中的沿距火源距离变化的风压变化值收集到计算机中，并进行后期的处理和分析。

本实用新型多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验装置系统是扩大地下空间结构火灾模拟装置的适用范围，降低地下空间结构火灾室内缩尺模型试验的制造成本浪费。本实用新型与一般地下空间结构火灾模拟试验装置比较，主要优点在于：

(1)试验装置结构多变，适用于单体交通隧道、地下通道、矿井巷道、交通隧道群、有分支的交通隧道(群)等结构的火灾试验模拟，极大节省地下空间结构火灾室内缩尺试验模型制作成本。

(2)试验装置设置有具有斜度的分空间结构，可以模拟主空间结构-分空间结构相互耦合的火灾通风系统下的火灾情况。

(3)试验装置可以模拟两个或两个以上单独结构之间的火灾烟气蔓延及温度影响试验，得到地下空间结构火灾模式下烟气相互影响的规律。

(4)主空间结构的防火玻璃和有机玻璃可随意拆卸、安装，方便对主空间结构内部传感器等配件进行维护。

(5)系统可以任意组合形成不同结构形式，更符合模拟的实际状态，特别是可以组合构成不同的地下空间结构长度与横截面参数比、或不同的长度与横截面高度、宽度参数比，更真实、更符合模拟的实际状态。

附图说明

图1是本实用新型整体结构模型示意图；

图2是本实用新型主空间结构温度传感器纵向布置示意图；

图3是本实用新型主空间结构温度传感器横断面布置示意图；

图4是本实用新型主空间结构风压度传感器纵向布置示意图；

图5是本实用新型分支空间结构温度传感器纵向布置示意图；

图6是本实用新型分支空间结构结构温度传感器横断面布置示意图；

图7是本实用新型分支空间结构压速度传感器纵向布置示意图；

图中，1是顶墙，2是防火玻璃侧墙，3是有机玻璃侧墙，4是主空间结构，5是主空间结构段，6是螺栓，7是转向滑轮，8是分支空间结构，9是防护门，10是轴流风机，11是联络风管，12是变频器，13是油池盘，14是变发烟物质，15是温度传感器，16是温度测量典型断面，17是温度传感器树，18是风速测量典型断面，19是风速传感器。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，实施例只用于对本实用新型进行进一步的说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本实用新型的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本实用新型保护的范围。

结合附图。

多用途地下空间结构火灾燃烧模拟试验系统，包括地下空间模拟结构、温度及风速传感器、轴流风机和模拟火源，地下空间模拟结构由主空间结构4和分支空间结构8组成；主空间结构4由多个主空间结构段5组成，主空间结构段5之间可拆分密封连接，每个主空间结构段5是包括顶墙1、侧墙和底部的通道结构；多个主空间结构段5中有任意数个设置附加的分支空间结构8，分支空间结构8连接于主空间结构段5一侧，分支空间结构8是包括顶墙、侧墙和底部的通道结构，每个分支空间结构5与主空间结构段连接处设置有可开闭的防护门9；

模拟火源为油池盘13，放置于主空间结构4或分支空间结构8的通道结构中；

温度传感器15和风速传感器19布置在通道结构中，以模拟火源位置向主空间结构4或分支空间结构8两端延伸布置，包括通道结构中多断面延伸布置和顶墙延伸布置；温度传感器15采用热电偶，风速传感器19采用微差压变送器。

轴流风机10设置于主空间结构4通道结构一端，或/和分支空间结构8通道结构外端。

本实用新型在每个主空间结构段5设置有独立的转向滑轮7，可随意滑动、转向和停止固定；各主空间结构段5之间通过螺栓6连接构成主空间结构4。

每个主空间结构段5由钢板材料制成的顶墙1、一侧侧墙和底部、及其防火玻璃或有机玻璃材料制成的可拆卸组装的另一侧侧墙构成。

分支空间结构8通道结构的轴向与主空间结构4水平平面有0～45度夹角。

分支空间结构是由有机玻璃制成的可视透明的通道结构。

温度传感器15在顶墙1延伸布置随远离模拟火源位置距离增加温度传感器15间距增加，温度传感器15在同一断面沿竖直中线的温度传感器树17布置，温度传感器15的布置断面为温度测量典型断面16。

风速传感器19布置在各断面竖直中线中心，并至少在分支空间结构8与主空间结构5连接处两侧断面分别布置，风速传感器19的布置断面为风速测量典型断面18。

本例主空间结构4由10组主空间结构段5组成，每个主空间结构段长2.5m，宽0.9m，高0.65m。

图1为整个空间结构模型示意图，模型顶墙1、底板、一侧边墙采用耐高温1000℃的钢板制作，另一边墙考虑便于火灾过程观察，采用耐高温1200℃的防火玻璃制作防火玻璃侧墙2和耐高温150℃的有机玻璃制作有机玻璃侧墙3。主空间结构4长25m，由10个主空间结构段5连接而成，主空间结构段5之间采用螺栓6连接形成整条主空间结构4，卸掉螺栓即可将主空间结构4分开，且每个主空间结构段5下方设置有带刹车功能的转向滑轮7，可随意滑动、转向和停止。主空间结构4横断面形状为马蹄形，宽0.9m，高0.65m。分支空间结构8采用有机玻璃板制作。分支空间结构8横断面形状为矩形，宽0.5m，高0.35m，本例坡度为12％。主空间结构4和分支空间结构8交叉处设置防护门9，防护门9开启范围为0-0.5m。本例在主空间结构4和分支空间结构8端部均设置通风系统，本例采用功率为3kw的轴流风机10，轴流风机10通过联络风管11与主空间结构4连接，轴流风机10通过变频器12控制。在主空间结构4中设置火源系统，本例火源系统为油池盘13，油池盘13的尺寸有两种，分别为25cm×34cm和14cm×15cm。产烟物质14主要有烟饼、艾条和稻草。

图2为主空间结构4中的温度传感器15纵向布置示意图，主空间结构4顶部设置有41个量程为0-1000℃的铠甲热电偶，10处温度测量典型断面16共设置40个量程为0-1000℃的铠甲热电偶。其中，在火源附近顶部布置间距为0.25m，随着远离火源，布置间距逐渐增大，最大达到3m；温度测量典型断面16的间距为1-3m，主要布置在防护门9和油池盘13附近。

图3为主空间结构4中的温度传感器横断面布置示意图，每个断面布置一个温度传感器树17，包含5个铠甲热电偶，其中，一个铠甲热电偶设置在顶部，其余4个按0.1m的间距设置在温度传感器树17不同高度上。

图4为主空间结构4中的风速传感器19纵向布置示意图，主空间结构4设置5处风速测量典型断面18测试风压，每个风速测量典型断面18设置1个量程为0-10m/s的微差压变送器作为风速传感器19，距离结构顶部约0.3cm。风速测量典型断面18布置在防护门9和油池盘13附近。

图5为分支空间结构8中的温度传感器15纵向布置示意图，分支空间结构8设置有2处温度测量典型断面16，共设置6个量程为0-1000℃的铠甲热电偶。主要布置在防护门9附近，距防护门0.25m，间距2.75m。

图6为分支空间结构8中的温度传感器15横断面布置示意图，每个断面布置一个温度传感器树树17，包含3个铠甲热电偶，其中，一个铠甲热电偶设置在顶部，其余2个按0.1m的间距设置在温度传感器树树17不同高度上。

图7为分支空间结构8中的风速传感器19纵向布置示意图，分支空间结构8设置2处风速测量典型断面18，每个风速测量典型断面18设置1个量程为0-10m/s的微差压变送器，距离结构顶部约0.3cm。风速测量典型断面18布置在防护门9附近，距离防护门0.25m。