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专利号: 2024100857009
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,该实验方法的模拟实验系统包括:隧道主体,横向端侧设有改变风速的变频风机(1)、纵向侧为玻璃观察窗(17);

运动部件,具有实验小车(6)、以及运动小车(27);

实验小车(6)在隧道主体内被传动链条(12)牵引移动、且朝向玻璃观察窗(17)的一侧设有火源模拟组件(21),火源模拟组件(21)为固定布置的燃烧物(34);

运动小车(27)位于隧道主体外侧、与实验小车(6)同步移动、且朝向燃烧物(34)处设有用于拍摄的火蔓延视频图像的摄像机(28)与用于测量燃烧物(34)燃烧温度分布的红外热成像仪(29);

测量部件,具有温度传感器、风速传感器;

多组温度传感器横向间隔布置在隧道主体内部上方以及靠近火源模拟组件(21)的纵向侧、用于测量燃烧物(34)移动过程中各位置的环境温度和火焰温度;多组风速传感器横向布置在隧道主体内部的上方、用于测量燃烧物(34)移动过程中各位置的特征风速;

控制器控制实验小车(6)与运动小车(27)的运动状态;

所述实验方法,具体包括以下步骤:

S1,将燃烧物(34)放置在实验小车(6)上;

S2,当隧道主体内进行活塞风作用下侧向顺流火蔓延实验时,将实验小车(6)与运动小车(27)同步移动至变频风机(1)的一端,设置实验小车(6)和同步运动小车(27)的速度、加速度运动参数、以及运行时间;

运动小车(27)上的摄像机(28)、红外热成像仪(29)对准燃烧物(34),处于工作状态;并且启动测量部件中的温度传感器、风速传感器;

将燃烧物(34)远离变频风机(1)的一侧进行点燃,控制器控制实验小车(6)、运动小车(27)同步运动至隧道主体另一侧;当实验小车(6)完成行程后灭火,保存测量部件、摄像机(28)、红外热成像仪(29)相应采集的数据;

S3,当隧道主体内进行活塞风与隧道通风作用下的侧向顺流火蔓延实验时,将实验小车(6)与运动小车(27)同步移动至隧道主体远离变频风机(1)的一端,设置实验小车(6)和同步运动小车(27)的速度、加速度运动参数、以及运行时间;

运动小车(27)上的摄像机(28)、红外热成像仪(29)对准燃烧物(34),处于工作状态;启动测量部件中的温度传感器、风速传感器,变频风机(1)启动,并调整其频率使得通过隧道主体内的风流稳定;

将燃烧物(34)靠近变频风机(1)的一侧进行点燃,控制器控制实验小车(6)、运动小车(27)同步运动至隧道主体的另一侧,此时燃烧物(34)火蔓延方向与变频风机(1)风向相同;

当实验小车(6)完成行程后灭火,保存测量部件、摄像机(28)、红外热成像仪(29)相应采集的数据;

S4,当隧道主体内进行活塞风与隧道通风作用下的侧向逆流火蔓延实验时,将实验小车(6)与运动小车(27)同步移动至隧道主体靠近变频风机(1)的一端,设置实验小车(6)和同步运动小车(27)的速度、加速度运动参数、以及运行时间;

运动小车(27)上的摄像机(28)、红外热成像仪(29)对准燃烧物(34),处于工作状态;启动测量部件中的温度传感器、风速传感器,变频风机(1)启动,并调整其频率使得通过隧道主体内的风流稳定;

将燃烧物(34)远离变频风机(1)的一侧进行点燃,控制器控制实验小车(6)、运动小车(27)同步运动至隧道主体另一侧,此时燃烧物(34)火蔓延方向与变频风机(1)风向相反;当实验小车(6)完成行程后灭火,保存测量部件、摄像机(28)、红外热成像仪(29)相应采集的数据;

S5,对步骤S2‑S4中采集数据进行处理和分析;

燃烧物(34)的火蔓延速度 的计算公式为:

, 其

中: 为空气热导率;

环境温度 、火焰温度 通过温度传感器测量得到;

为燃烧过程中预热区长度,由摄像机(28)视频图像处理得到;

ρ为燃烧物(34)的材料密度、 为燃烧物(34)的材料比热容、 为燃烧物(34)的材料厚度、L为燃烧物(34)的样品宽度;

为普朗特数;

Re为雷诺数,计算公式为:

雷诺数 ;

为瑞利数,计算公式为:

,其中: 为特征风速,由风速仪(18)采集得到;

为空气的运动粘度;

g为重力加速度, 为容积膨胀系数, 为热扩散系数。

2.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,还包括以下步骤:S6,根据测量部件、摄像机(28)、红外热成像仪(29)在整个移动过程中记录的数据,计算实验小车(6)动态状态下、燃烧物(34)火蔓延速度计算值;

S7,摄像机(28)对拍摄的动态状态下火蔓延视频图形进行处理,通过记录火焰前锋各时刻的相对位置,对火焰前锋的轨迹进行线性拟合得到动态状态下火蔓延速度实验值;

S8,将步骤S6中燃烧物(34)火蔓延速度计算值与步骤S7中火蔓延速度实验值进行对比,研究不同运动速度、不同通风风速影响下侧向顺流、逆流火蔓延规律。

3.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述燃烧物(34)的火蔓延速度 为整体移动过程中平均火蔓延速度;

此时环境温度 、火焰温度 、特征风速 、燃烧过程中预热区长度 为相对测量稳定后在某移动区间进行的计算平均值。

4.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述燃烧物(34)为热薄型固体材料。

5.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述传动链条(12)一端连接在实验小车(6)上、另一端先横向穿出隧道主体横向端侧、再绕设在下方多个齿轮盘(9)以及支撑托辊上、最后从隧道主体另一横向端侧穿过与实验小车(6)连接;

其中一个齿轮盘(9)与伺服电机(26)连接,控制器控制伺服电机(26)的动作。

6.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述隧道主体具有依次连接的实验段(14)、整流段(3)、变径段(2);

变径段(2)一端为圆形结构并与变频风机(1)连接、另一端为矩形结构并与同形状的整流段(3)、实验段(14)连接。

7.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述火源模拟组件(21)还具有对燃烧物(34)固定的调节杆(32)、固定杆(33);

一对调节杆(32)与一对固定杆(33)围成放置燃烧物(34)的矩形框;

固定杆(33)横向布置且设有刻度、两端滑动位于一对竖直布置的调节杆(32)之间并通过螺栓进行固定。

8.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述传动链条(12)与实验小车(6)之间设有拉紧器(7);

隧道主体内部底端设有与实验小车(6)相互匹配的定位轨道(22)、横向两端侧均设有限位器(4)。

9.根据权利要求1所述的一种隧道运动体火蔓延模拟实验系统的实验方法,其特征在于,所述测量部件还具有激光片光源(20);

激光片光源(20)设置在隧道主体横向一侧、且与变频风机(1)相对。