本實用新型屬于火災安全技術領域，具體涉及通道型受限空間內(nèi)火災煙氣蔓延的模擬實驗裝置，為研究受限空間內(nèi)通道寬度、火源功率、起火房間開口尺寸、起火房間結(jié)構(gòu)對火災煙氣蔓延特性影響的模擬實驗裝置。

背景技術：

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層建筑發(fā)展的數(shù)量在逐漸增加，伴隨而來的高層建筑火災安全問題也引起人們越來越廣泛的關注和擔憂，特別是2009年央視新址北配樓火災、2010年上海膠州路教師公寓火災等幾起特大的火災事故為高層建筑的火災安全再次敲響了警鐘。

高層建筑發(fā)生火災時，其火災蔓延主要有水平蔓延和縱向蔓延兩種蔓延方式，對以往高層建筑火災事故的調(diào)查分析表明火災的縱向蔓延是導致高層建筑火災最后失控的主要原因。傳統(tǒng)的高層建筑中火災的縱向蔓延要是通過建筑物外立面的外窗及開口孔洞、內(nèi)部的中庭以及各種管道豎井進行的?，F(xiàn)代高層建筑中，隨著幕墻建筑的數(shù)量的增多，雙層幕墻之間的通道又成為火災蔓延的新途徑。幕墻通道屬于受限空間，探討通道型受限空間內(nèi)火溢流的擴散特性是研究此類建筑中火災能否向上蔓延的基礎。

良好的建筑防火設計是高層建筑火災安全的基礎。過去對高層建筑火災豎向蔓延的研究主要是基于窗口火溢流的熱動力特性的研究，該研究結(jié)果來是判斷火災能否向上蔓延的基礎。Yokio、Ashton、Harmathy、Oleszkiewicz、Tanaka等都對火災通過外窗向上蔓延進行了全尺寸或比例模型尺寸的實驗研究，討論了窗口形狀及尺寸、起火房間的形狀等因素對窗口火溢流流動特性的影響，并對窗檻墻、防火挑檐等阻止火災蔓延的措施的有效性進行了探討。但上述研究都是針對火溢流在外部空間內(nèi)的自由擴散特性，該研究結(jié)果并不適用于火溢流在幕墻等受限空間內(nèi)的流動。豎井內(nèi)火災煙氣的蔓延雖也屬于受限空間內(nèi)煙氣的蔓延，但由于豎井和幕墻結(jié)構(gòu)的巨大差異，豎井類煙氣蔓延的研究結(jié)果也無法用于類似于幕墻通道的扁平受限空間。對于幕墻通道類受限空間內(nèi)火溢流的蔓延特性的研究，國內(nèi)外開展的多為數(shù)值模擬研究。由于數(shù)值模擬中燃燒模型、湍流模型的不完善，邊界條件設定等的不確定性，數(shù)值模擬結(jié)果的正確性必須有實驗結(jié)果的檢驗。全尺寸燃燒實驗是研究幕墻內(nèi)火溢流特性最理想的實驗手段之一，但由于全尺寸燃燒實驗耗費大，不安全，且實驗條件難以控制，以相似理論為基礎開展比例模型實驗就成為幕墻內(nèi)火溢流特性研究的最好的選擇，設計出一套適用的通道型受限空間內(nèi)煙氣擴散模擬裝置就成為研究幕墻內(nèi)火溢流流動特性的基礎。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供了一種通道型受限空間內(nèi)火災蔓延模擬裝置，該裝置是一種通道型受限空間內(nèi)火災煙氣蔓延的模擬實驗裝置，能夠在實驗中模擬不同通道寬度內(nèi)煙氣的蔓延情況，對通道型受限空間內(nèi)火溢流的蔓延規(guī)律進行研究。

本實用新型采用的技術方案為一種通道型受限空間內(nèi)火災蔓延模擬裝置，該裝置包括主體實驗臺1、外擋墻2、側(cè)墻3、火源14及測控系統(tǒng)。外擋墻2設置在主體實驗臺1的外側(cè)，外擋墻2與主體實驗臺1之間設有側(cè)墻3，主體實驗臺1、外擋墻2、側(cè)墻3之間形成通道型受限空間的結(jié)構(gòu)；測控系統(tǒng)分布在主體實驗臺1內(nèi)和通道型受限空間內(nèi)；火源14設置在主體實驗臺1的房間內(nèi)。

所述主體實驗臺1是與實際的幕墻結(jié)構(gòu)相同且按一定比例搭建的多層多室建筑結(jié)構(gòu)，主體實驗臺1采用鍍鋅鋼板焊接密封而成，主體實驗臺1的室內(nèi)壁面、前外立面均貼有防火棉6。主體實驗臺1的前立面兩側(cè)向后部折彎0.5m，上下各設置有側(cè)墻插槽4，用于側(cè)墻3的插入。主體實驗臺1的側(cè)面設有窗口插槽7，窗口插槽7用以組裝各個形狀大小的窗口，窗口與通道型受限空間連通；主體實驗臺1底層的窗口上設有起火房間補風口8。

所述外擋墻2由鍍鋅鋼板外貼防火棉6組成，外擋墻2由外擋墻支架10支撐，外擋墻支架10的四個角部設有小滑輪9；左右兩側(cè)向后部折彎0.5m，上下處均設置有側(cè)墻插槽4，用于側(cè)墻3的插入。外擋墻1的中間位置設有玻璃觀察窗5以便觀察通道型受限空間內(nèi)煙氣的流動情況。

所述測控系統(tǒng)，包括溫度測量系統(tǒng)、燃料質(zhì)量變化測量系統(tǒng)、圖像測量系統(tǒng)和輻射熱流量測量系統(tǒng)。所述溫度測量系統(tǒng)為數(shù)個熱電偶13，各個熱電偶13布置在火源14所在的模擬起火房間內(nèi)和主體實驗臺1其它樓層的窗口處。所述燃料質(zhì)量變化測量系統(tǒng)包括燃料油盤、煙餅、支架、電子天平及其信號傳送裝置，火源14放置在燃料油盤內(nèi)，燃料油盤安裝在電子天平上，電子天平設置在支架上，電子天平與信號傳送裝置連接，信號傳送裝置用以記錄火源14的消耗情況。煙餅架設在燃料油盤上方；所述圖像測量系統(tǒng)包括對火源14的火焰形態(tài)進行記錄的兩臺攝像機，兩臺攝像機安裝在主體實驗臺1內(nèi)的起火房間內(nèi)。所述輻射熱流量測量系統(tǒng)包括兩個輻射熱流計12和數(shù)據(jù)采集處理裝置，一個輻射熱流計12布置在模擬起火房間上部房間的外窗處，另一個輻射熱流計12布置在外擋墻2上，兩個輻射熱流計12與數(shù)據(jù)采集處理裝置連接，數(shù)據(jù)采集處理裝置記錄輻射熱流計12的熱輻射情況。

火源14的燃料使用正庚烷或甲醇等無污染清潔能源，并可模擬多種火源功率的燃燒情況。

主體實驗臺1內(nèi)的起火房間采用起火房間預制窗型模塊11進行裝配，起火房間預制窗型模塊11為U形結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)整起火房間的窗口大小。

所述主體實驗臺1是與實際典型的幕墻結(jié)構(gòu)按1:5的比例建造，共分為多層，為防止建筑邊緣對受限空間內(nèi)火溢流流動特性產(chǎn)生影響，實驗裝置主體前側(cè)立面在向上高度方向和左、右兩側(cè)寬度方向進行一定的拓展。所有房間窗口、外門都可自由開啟關閉，關閉時可保證密封性與防火性，起火房間的窗口尺寸可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。模擬實驗裝置主體和外擋墻所有壁面均貼耐高溫防火棉，與實際建筑壁面?zhèn)鳠崆闆r相同。

煙氣蔓延效果可以利用煙餅產(chǎn)生的煙氣顆粒示蹤模擬火災煙氣效果，煙餅架設在油盤上方一定距離，實驗時點燃燃料，隨后點燃煙餅，通過燃料燃燒的熱浮生力驅(qū)使煙餅產(chǎn)生的煙氣在實驗臺內(nèi)蔓延擴散，隨后可以通過窗口及受限空間內(nèi)較為清晰的觀察模擬火災煙氣在建筑外立面的蔓延過程。

本實用新型的優(yōu)點和積極效果為：

(1)本實用新型的火源采用無污染清潔能源池火，能源燃燒充分，火源功率穩(wěn)定，無污染，對實驗人員無不良刺激。

(2)本實用新型燃料質(zhì)量變化測量采用將燃料放在油盤內(nèi)，并通過隔熱板隔熱，可以很好的保護電子天平。

(3)本實用新型根據(jù)相似理論搭建，可以真實模擬通道型受限空間內(nèi)的火溢流發(fā)展過程，并可以通過攝像機對于火溢流的形狀進行記錄。

(4)本實用新型具有先進完備的測控系統(tǒng)，溫度測量系統(tǒng)，燃料質(zhì)量變化測量系統(tǒng)，輻射熱流測量系統(tǒng)、圖像觀測系統(tǒng)均通過計算機可以實時記錄觀察分析。

(5)本實用新型采用小尺寸模型實驗裝置，經(jīng)濟型高，可重復性強，操作方便。

(6)本實用新型實驗裝置主體為多層的建筑模型，可以對于火溢流向上發(fā)展進行全方位直觀的觀測，主體前外立面在高度方向和長度方向上進行了一定程度的延展，消除了邊界對火溢流蔓延特性的影響。

(7)本實用新型可以通過調(diào)節(jié)通道型受限空間的通道寬度、起火房間的大小、外窗尺寸、火源功率等，模擬不同影響因素作用下通道型受限空間內(nèi)火災煙氣的流動特征，克服了全尺寸實驗代價高昂和數(shù)值模擬結(jié)果不準確的特點，又保證了實驗的可重復行和多樣性，對于開展通道型受限空間內(nèi)火災煙氣蔓延及控制技術研究有很大的應用價值和指導意義。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置的主體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置一層起火房間后墻結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置的外擋墻結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置的預制窗型模塊示意圖。

圖6為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置溫度及熱流測點的布置示意圖(側(cè)視圖)。

圖7為本實用新型所述的一種通道型受限空間火災煙氣蔓延模擬實驗裝置溫度測點的布置示意圖(俯視圖)。

圖中：1-主體實驗臺；2-外擋墻；3-側(cè)墻；4-側(cè)墻插槽；5-玻璃觀察窗；6-防火棉；7-窗口插槽；8-起火房間補風門；9-小滑輪；10-外擋墻支架；11-起火房間預制窗型模塊；12-輻射熱流計；13-熱電偶；14-火源。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過實施方式對本實用新型進行進一步說明。

參見圖1，模擬實驗裝置的主要組成部分包括模擬實驗裝置主體及可調(diào)節(jié)間距的外擋墻組成，模擬實驗裝置主體和外擋墻之間的封閉空間通過在兩側(cè)插入相同高度的側(cè)墻擋板實現(xiàn)。側(cè)墻擋板為薄鍍鋅鋼板，寬度為0.9m，高度為2.7m，使得實驗裝置主體和外擋墻之間的通道的寬度可在0～0.6m之間任意調(diào)節(jié)。

參見圖2，模擬實驗裝置主體總高為2.8m，寬度為1.0m，長度為5.0m。自一層往上三層設有房間，3層以上高度只有外立面。設有房間的樓層高0.6m，其中二、三層每層設4個房間，房間尺寸為0.8m×1.0m×0.6m(長×寬×高)，每個房間擁有一個外窗一個0.4m×0.3m(寬×高)的外窗，外窗窗口上、下設有凹槽，用于插入防火玻璃塊(0.5m×0.3m)，根據(jù)需要模擬房間外窗破裂和非破裂工況。一層設定為起火層，左側(cè)兩個房間的尺寸與樓上房間一致，右側(cè)兩個房間合并成一個大房間，用于模擬大面積辦公房間內(nèi)起火的場景。起火房間的后側(cè)下部設有可開啟的小門，用于必要時補風?；鹪纯筛鶕?jù)需要可設置于小房間或大房間內(nèi)，大、小房間的外窗可根據(jù)需要在高度和寬度方向上進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)可以通過不同的插槽外窗模塊實現(xiàn)。實驗裝置主體前立面兩側(cè)向后部折彎0.5m，上下各設置有凹槽，用于側(cè)墻擋板的插入。

參見圖3，外擋墻，高度和長度與實驗裝置主體相同，主要有基座和豎直擋板組成，基座采用角鋼焊接而成。豎直擋板主體采用0.5mm厚的鍍鋅鋼板，面向火源側(cè)貼防火棉。外擋墻下部設置透明防火玻璃窗，用于觀察受限空間封閉時內(nèi)部煙氣的流動?；锥税惭b有輪子，用于調(diào)節(jié)外擋墻和裝置主體之間的間距，擋墻兩側(cè)向后折彎0.5m，上、下設置凹槽，用于側(cè)墻擋板的插入。

本實用新型未詳細闡述的部分屬于本領域公知技術。盡管上面對本實用新型說明性的具體實施方式進行了描述，但本實用新型不限于具體實施方式的范圍。