技术领域
[0001] 本发明涉及隧道安全与火灾安全领域，尤其涉及一种多节可变坡度隧道模型与火灾模拟系统。
相关背景技术
[0002] 隧道设计中常见的倾斜分岔隧道，其多节不同坡度的特性在火灾情况下的灾变机理和烟气流动规律尚未得到充分研究。尽管这类隧道结构在实际中广泛存在，但缺乏可对多节不同坡度的分岔隧道进行火灾模拟的研究手段和实验平台。
[0003] 现有的隧道模型在模拟实际工程时存在一些局限性，例如，隧道模型的节数较少，这限制了对不同地形坡度的单独调节能力；模型也无法灵活地调整分岔隧道的角度，这在模拟隧道分支时造成了困难。这些限制意味着模型难以准确反映实际隧道中的多变条件。
[0004] 现有的隧道模型存在可调节性和适应性差，无法准确反映复杂多变隧道的问题。
具体实施方式
[0045] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0046] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048] 实施例一
[0049] 现有的隧道模型存在可调节性和适应性差，无法准确反映复杂多变隧道的问题。
[0050] 有鉴于此，本发明的实施例提供了一种多节可变坡度隧道模型，包括：模拟隧道100、角度调节装置200和坡度调节装置300。模拟隧道100包括主隧道模型110、分岔隧道模型120，主隧道模型110与多个分岔隧道模型120通过角度调节装置200转动连接。
[0051] 主隧道模型110和分岔隧道模型120均由多节箱体121依次组装而成，各箱体121间设置有折棚风挡122，折棚风挡122两端分别与相邻两个箱体121连接，折棚风挡122为弹性结构。角度调节装置200用于带动分岔隧道模型120在水平面内发生转动；坡度调节装置300包括可调式液压撑脚310，可调式液压撑脚310安装于主隧道模型110和各分岔隧道模型120，用于分别调节各节箱体121高度进而实现不同的坡度。
[0052] 综合上述技术方案，本发明提供的多节可变坡度隧道模型，能实现的如下技术效果：
[0053] 该多节可变坡度隧道模型通过设置角度调节装置200和坡度调节装置300，提供了可改变不同坡度、不同分岔角度的隧道模型，克服了现有隧道模型存在的可调节性和适应性差，无法准确反映复杂多变隧道的问题。
[0054] 以下结合图1至图3对本实施例提供的多节可变坡度隧道模型的结构和形状进行详细说明：
[0055] 为了保证模拟隧道100的气密性，本发明的实施例中，折棚风挡122两端分别与相邻两个箱体121连接，折棚风挡122可任意伸缩且内铺防火毯，在实现角度调节的同时，可实现对不同高度箱体121之间的连结，实现隧道模型的全角度密闭调节；箱体121的侧壁选用防火玻璃以便于观察，模拟隧道100还开设有开拉门，开拉门用于取放测试设备。
[0056] 实施例二
[0057] 本发明的实施例提供了一种火灾模拟系统，包括实施例一中的多节可变坡度隧道模型，还包括通风排烟系统400、火源模拟系统500和数据测量系统600。通风排烟系统400用于模拟隧道100内的通风和排烟；火源模拟系统500包括轨道510和火源车520。轨道510与隧道底板采用螺栓连接，可根据隧道结构和试验需求进行组装，对不同坡度连接处缝隙可人工填补；火源车520安装于轨道510，火源车520用于产生可控火源并沿轨道510以预设位置和预设速度进行移动，以模拟不同规模和强度的火灾；数据测量系统600包括温度采集模块、PIV模块和计算机，温度采集模块和PIV模块分别用于测量隧道温度变化数据与隧道流场的原始光学图像，计算机用于数据汇总与处理，完成对火焰形态、温度分布、气体速度、烟气特定物质浓度以及燃料质量损失等数据的采集和监测。
[0058] 以下结合图3至图12对本实施例提供的火灾模拟系统的结构和形状进行详细说明：
[0059] 本实施例二的方案中，如图4所示，通风排烟系统400包括风机410和排烟扇420，风机410包括出风模块411、整流管412、千斤顶413、底座414和滑轮415。出风模块411包括电机4111、第一推杆4112、转动连接于电机轴外周的扇叶4113以及连接第一推杆4112和扇叶
4113的连接件4114。连接件4114与电机轴滑动连接，电机轴上开设有扇形槽4001，第一推杆
4112推动连接件4114进而带动扇叶4113在扇形槽4001内摆动进而调整叶片的角度。电机
4111的转动用于带动扇叶4113旋转吹风。电机4111转动方向不变，扇叶4113的倾斜方向即为风向，通过扇叶4113的倾斜角度改变通风量的大小。
[0060] 整流管412安装于出风模块411靠近模拟隧道100一侧，整流管412铰接有四个整流板4121，整流板4121的转动用于对风进行整流；出风模块411和整流管412通过千斤顶413与底座414连接，底座414与滑轮415连接；千斤顶413和滑轮415分别用于调节出风模块411高度和位置，提供满足不同实验需求的风。模拟隧道100还设置有排烟口，排烟扇420安装于模拟隧道100，用于模拟隧道100内的纵向通风和排烟。
[0061] 本实施例中，如图5所示，火灾模拟系统还包括联动装置700,联动装置700具有第一状态、第二状态和第三状态。联动装置700包括切换组件710、转动杆720、第二推杆730、传送带740和动力传导机构750。电机4111通过动力传导机构750与切换组件710连接，切换组件710与转动杆720相连，转动杆720与第二推杆730相连，转动杆720通过传送带740连接火源车520。
[0062] 第二推杆730推动转动杆720沿自身轴线方向滑动，从而带动切换组件710切换状态，使联动装置700在第一状态、第二状态和第三状态间切换，电机4111的动力通过联动装置700传输到火源车520并对火源车520产生推或拉的作用效果。在第一状态下，电机4111通过联动装置700推动火源车520行进；在第二状态下，电机4111与火源车520的连接被联动装置700切断，火源车520保持静止；在第三状态下，电机4111通过联动装置700拉动火源车520后退。
[0063] 具体的，如图9所示，动力传导机构750包括第一带轮751、第二带轮752和传动带753；如图8所示，切换组件710包括第一锥齿轮711、对称设置且独立转动的第二锥齿轮712、第三锥齿轮713和换向块714；如图10和图11所示，转动杆720包括杆体721、套管722和第三带轮723；底座414包括支撑板4141。
[0064] 第一带轮751与电机轴连接，第二带轮752连接于第一锥齿轮711并带动第一锥齿轮711绕自身轴线转动，传动带753将第一带轮751与第二带轮752带连接；第二锥齿轮712和第三锥齿轮713转动连接于转动杆720并同时与第一锥齿轮711啮合，杆体721与换向块714连接并在第二推杆730的推动下带动换向块714滑动。在第一状态下，换向块714卡接于第二锥齿轮712，第二锥齿轮712驱动杆体721正转；在第二状态下，换向块714与第二锥齿轮712和第三锥齿轮713脱离，杆体721静止；在第三状态下，换向块714卡接于第三锥齿轮713，第三锥齿轮713驱动杆体721反转。套管722键连接于杆体721背离第二推杆730一端，套管722转动连接于支撑板4141并与支撑板4141轴向锁定。第三带轮723设置于套管722背离转动杆720一端。模拟隧道100背离所述风机410一端还设置有第四带轮，第三带轮723通过传送带
740与第四带轮相连。电机4111的动力通过传动带753的转动传递到第一锥齿轮711，再通过到换向块714传递到杆体721，最后通过第三带轮723传递到传送带740以带动火源车520移动。
[0065] 为了保证传送带740和传动带753的流畅运行，本实施例的可选方案中，如图12所示，传送带740和传动带753的转折处均设置有导轮和弹簧。导轮用于限制传送带740和传动带753的运动轨迹，避免发生干涉；弹簧用于对传送带740和传动带753进行张紧。
[0066] 本实施例的可选方案中，如图11和图12所示，转动杆720还包括弧形块724。杆体721沿轴线方向设置有一缩径段7211，缩径段7211包括第一倾斜段、平滑段和第二倾斜段，平滑段的两端分别与第一倾斜段以及第二倾斜段固定连接。多个弧形块724绕第三带轮723轴线均布并滑动连接于第三带轮723，弧形块724向第三带轮723轴心延伸并抵接于缩径段
7211的平滑段。当转动杆720在第二推杆730的带动下沿自身轴线轴线滑动时，弧形块724从抵接于缩径段7211平滑段向抵接于缩径段7211的第一倾斜段或第二倾斜段转变从而使第三带轮723直径增大，从而使传动比减小，进而使火源车520的移动速度增大。
[0067] 综上，本实施例提供的火灾模拟系统的具体工作过程如下：
[0068] 当需要对多节不同坡度的分岔隧道进行火灾模拟时，先根据实验方案根据需要对顶板进行排烟口切割，之后使用工具对隧道箱体121进行拼接组装并连接好各节箱体121之间的弹性折棚风挡122。确认实验所需的各节坡度大小和分岔角度大小，通过角度调节装置200将分岔隧道模型120移动至实验所需的分岔角度位置处，折棚风挡122为弹性结构，随分岔隧道模型120角度变化而伸缩，完成分岔角度的调节。计算各节箱体121两端在对应坡度下的高度，通过可调式液压撑脚310将各节箱体121两端抬升至所需高度位置，各节箱体121由折棚风挡122连接，根据不同箱体121高度的差异自动拉伸，从而完成隧道各节坡度的调节，对各节箱体121之间的连接部位的轨道510进行填补，保证火源车520的行驶。
[0069] 正式开始火灾模拟实验前，对隧道各连接处进行气密性检查。
[0070] 进行火灾模拟时，模拟环境需要通风时，将风机410按需求放置在隧道口，移动滑轮415并调节千斤顶413，出风模块411调至所需的位置和高度后锁定滑轮415，通过第一推杆4112调节扇叶4113倾角，启动电机4111，也可根据需要在隧道内安装排烟扇420，模拟隧道内的通风和排烟。
[0071] 启动火源车520产生火源，并记录燃料的消耗数据，再通过第二推杆730控制转动杆720的转动方向与第三带轮723的直径，进而控制火源车520在模拟隧道100内的移动方向与移动速度。
[0072] PIV模块的激光源借助示踪粒子的散射作用展现烟气纵向剖面，相机进行连续拍照记录隧道火灾流场变化过程；温度采集模块通过设置在模拟隧道100内的热电偶得到测点处温度变化数据；计算机进行数据汇总及数据处理。数据测量系统600完成对火焰形态、温度分布、气体速度、烟气特定物质浓度以及燃料质量损失等数据的采集与监测。
[0073] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
