CN103439077B - 一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，该装置包括介质注入管与缓冲腔，缓冲腔连接在介质注入管的下端，缓冲腔与介质注入管连接处的腔壁上开设有介质注入孔，缓冲腔的内部设有内部导流孔板，缓冲腔的底端设有出口导流孔板；介质从介质注入管通过介质注入孔进入缓冲腔内部再流经内部导流孔板，从出口导流孔板流出，从出口导流孔板流出的介质为低速度高湍流的流体。与现有技术相比，本发明通过介质注入孔和三层孔板上相互交错设置的导孔的共同作用，降低了介质流速同时增加了流体湍流度，解决了通风排烟介质实验中介质流的初始动量不为零而导致的低速度高湍流不能同时达到的矛盾，极大程度的减小了实验的误差。
Description
技术领域
本发明涉及热羽流通风与排烟领域，尤其是涉及一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置。
背景技术
随着经济社会的快速发展，建筑技术水平和人们生活水平的提高，越来越多的高大空间建筑成为人们工作和生活的居留空间，例如商场、影院、体育场、厂房、交通枢纽站等。现代建筑物为满足日益增长的人民对于生活品质的追求，建筑物内不断涌现各类中庭等高大空间，给建筑物的通风及防排烟带来很大压力。目前在高大空间建筑在通风和排烟设计时存在以下问题：
1、高大空间由于存在由热源驱动的热对流羽流通风，从而导致了高大空间热分层，且该现象使高大空间在空调负荷的计算、室内空气品质的控制、空调末端的选择都有一定的影响，且目前缺乏热分层共性特征及其理论的研究，数学模型不足，不能形成公认的理论体系。因此研究高大空间的热羽流通风对空气的负荷计算，系统及末端的合理选择有着重要的作用，进而有效控制室内有害气体、颗粒物及传染病菌随空气流动的传播与扩散，以及整个空调系统的节能也有着重要的作用。
2、在高大空间的排烟设计中，由烟气热对流羽流导致的热分层也是室内火灾和烟气运动中的常见现象，现行《建筑设计防火规范》GB50016中对中庭等高大空间的机械排烟量的规定还只是停留在按照体积取换气次数考虑；没有考虑可能发生的火灾的火源特性及高大空间本身的特点。大空间建筑的人员密度较大，发生火灾时，伤亡者中大多是由于吸入烟气中毒所至或中毒后晕厥被火烧死。因此，为了保证火灾中人员在烟气曼延前有安全的疏散通道和足够的疏散时间，需要了解烟气的扩散过程、各种排烟方法对烟气扩散规律的影响和烟气扩散对室内气流运动的影响，以便确定有效的控制火灾烟气扩散的方法和组织人员疏散的方式。
目前通风防排烟烟气分析所用的主要方法为CFD数值模拟和模型实验2种。其中，CFD模拟基于控制方程的抽象化和边界条件简化，在缺乏实验验证的情况下，往往难以确定计算结果的准确性。而依照相似理论建立模型，保证缩尺模型和原建筑空间具有相同的准则数(Fr，Re)的前提下进行实验的办法具有不需依赖经验理论、可靠性高的优点。
模型实验一般分为热空气流模拟热对流羽流的同介质的模型试验，以及用盐水密度流模拟热对流羽流的异介质的模型试验两类。排烟和热通风实验一般满足Fr相等、Re接近，一般将Re数进入自模区作为满足模型实验的条件。通常模拟实验均有介质流的初始动量不为零而导致了模拟的误差问题。在实际的火灾烟气扩散过程中，烟气是由浮力或者机械排风的动力驱动的，火源具有高湍流低速度的特征。但在介质模型实验中，介质注入具有一定的初速，介质注入后在重力和初始动量的共同作用下运动。同时，为了保证模拟火灾源和的高湍流，需要保证Re≥104即保证湍流注入保持高速度从而形成湍流，这就与低速度的条件形成了矛盾。同时对于Re数相似性来说，同介质实验不如异介质实验模拟准确，具有一定的误差，但是若通过改进介质释放装置湍流加强，可以使得相似性大大改善。
为了解决介质释放出动量不为零的问题，本发明提供了一种用于建筑通风排烟实验中模拟热源高湍流、低速度特征的释放装置。解决了建筑火灾、热羽流通风异介质实验中的源条件相似的核心问题，可大幅提升模型实验的几何相似范围。同时改进介质释放装置湍流加强，可以使得同介质实验相似性大大改善，减小实验误差，增大实验使用范围。该装置通用于建筑通风排烟模型实验中。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的介质释放出动量不为零的问题而提供一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，该装置能够模拟热源高湍流、低速度的特征。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，该装置包括介质注入管与缓冲腔，所述的缓冲腔连接在介质注入管的下端，缓冲腔与介质注入管连接处的腔壁上开设有介质注入孔，所述的缓冲腔的内部设有内部导流孔板，缓冲腔的底端设有出口导流孔板；
介质从介质注入管通过介质注入孔进入缓冲腔内部，流经介质注入孔后的介质速度增加，湍流迅速强化，介质再流经内部导流孔板，从出口导流孔板流出，内部导流孔板与出口导流孔板对介质进行均流和进一步减速，同时过滤大尺度的涡旋，从出口导流孔板流出的介质为低速度高湍流的流体。
所述的介质注入管为圆柱形管道，介质注入管与缓冲腔之间焊接连接。
所述的缓冲腔为圆柱形腔体。
所述的内部导流孔板设有数个，竖向分层布设在缓冲腔的内部。
作为优选，所述的内部导流孔板共设有两个，分成上下两层设置在缓冲腔内部，上下布设的两个内部导流孔板与出口导流孔板一起构成平行设置的三层孔板，这三层孔板上均开设有若干导孔，且每层孔板上的导孔相互交错。
所述的内部导流孔板及出口导流孔板上导孔的开孔率均为40％～60％。
所述的介质注入孔的孔径为8～20mm。
介质从所述的出口导流孔板流出后为低速度高湍流的流体，当该介质在距离出口导流孔板H0处动量满足小于等于0.1时，大于该距离H0的空间可忽略介质流的初始动量不为零造成的误差。式中，B表示盐水流的重力动量之比，H0为距离出口导流孔板的距离，ρ表示注入盐水密度，ρ0表示环境清水密度，V表示盐水流的注入速度，g表示重力加速度。
通过该装置加强释放源的湍流度，可以使得相似性大大改善，改变了就Re数相似性来说，同介质实验不如异介质试验的现状，使得该装置可用于用热空气流模拟热对流羽流的同介质的模型试验，以及用盐水密度流模拟热对流羽流的异介质的模型试验。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)通过该装置加强释放源的湍流度，可以使得相似性大大改善，使得该装置可用于用“热空气流”模拟“热对流羽流”的同介质的模型试验，和用“盐水密度流”模拟“热对流羽流”的异介质的模型试验。
(2)通过介质注入孔和三层孔板上相互交错设置的导孔的共同作用，在最大程度上降低了介质流速同时增加了流体湍流度。
(3)解决了通风排烟介质实验中介质流的初始动量不为零而导致的低速度高湍流不能同时达到的矛盾，在极大程度的减小了实验的误差。
(4)本发明通用于通风排烟同介质、异介质模型实验中，为建筑通风排烟实验的热(火)源高湍流模拟提供可行方案，为高大空间通风防排烟设计提供实验依据。
(5)本发明的装置结构简单，易于制造。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1为介质注入管，2为介质注入孔，3为内部导流孔板，4为缓冲腔，5为出口导流孔板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，如图1所示，该装置包括介质注入管1与缓冲腔4，缓冲腔4连接在介质注入管1的下端，缓冲腔4与介质注入管1连接处的腔壁上开设有介质注入孔2，缓冲腔4的内部设有内部导流孔板3，缓冲腔4的底端设有出口导流孔板5。
其中，介质注入管1为圆柱形管道，介质注入管1与缓冲腔4之间焊接连接。缓冲腔4为圆柱形腔体。内部导流孔板3可设有数个，竖向分层布设在缓冲腔4的内部，本实施例中内部导流孔板3共设有两个，分成上下两层设置在缓冲腔4内部，上下布设的两个内部导流孔板3与出口导流孔板5一起构成平行设置的三层孔板，这三层孔板上均开设有若干导孔，且每层孔板上的导孔相互交错。其中，内部导流孔板3及出口导流孔板5上导孔的开孔率均为40％～60％。介质注入孔2的孔径为8～20mm。
介质从介质注入管1通过介质注入孔2进入缓冲腔4内部，流经介质注入孔2后的介质速度增加，湍流迅速强化，介质再流经内部导流孔板3，从出口导流孔板5流出，内部导流孔板3与出口导流孔板5对介质进行均流和进一步减速，同时过滤大尺度的涡旋，从出口导流孔板5流出的介质为低速度高湍流的流体。
介质从出口导流孔板5流出后为低速度高湍流的流体，当该介质在距离出口导流孔板5H0处动量满足小于等于0.1时，大于该距离H0的空间可忽略介质流的初始动量不为零造成的误差。式中，B表示盐水流的重力动量之比，H0为距离出口导流孔板的距离，ρ表示注入盐水密度，ρ0表示环境清水密度，V表示盐水流的注入速度，g表示重力加速度。
通过该装置加强释放源的湍流度，可以使得相似性大大改善，改变了就Re数相似性来说，同介质实验不如异介质试验的现状，使得该装置可用于用热空气流模拟热对流羽流的同介质的模型试验，以及用盐水密度流模拟热对流羽流的异介质的模型试验。
Claims (4)
1.一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，其特征在于，该装置包括介质注入管(1)与缓冲腔(4)，所述的介质注入管(1)为圆柱形管道，所述的缓冲腔(4)为圆柱形腔体，所述的缓冲腔(4)连接在介质注入管(1)的下端，缓冲腔(4)与介质注入管(1)连接处的腔壁上开设有介质注入孔(2)，所述的缓冲腔(4)的内部设有内部导流孔板(3)，缓冲腔(4)的底端设有出口导流孔板(5)；
所述的内部导流孔板(3)共设有两个，分成上下两层设置在缓冲腔(4)内部，上下布设的两个内部导流孔板(3)与出口导流孔板(5)一起构成平行设置的三层孔板，这三层孔板上均开设有若干导孔，且每层孔板上的导孔相互交错；
介质从介质注入管(1)通过介质注入孔(2)进入缓冲腔(4)内部，流经介质注入孔(2)后的介质速度增加，湍流迅速强化，介质再流经内部导流孔板(3)，从出口导流孔板(5)流出，内部导流孔板(3)与出口导流孔板(5)对介质进行均流，同时过滤大尺度的涡旋，从出口导流孔板(5)流出的介质为低速度高湍流的流体。
2.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，其特征在于，介质注入管(1)与缓冲腔(4)之间焊接连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，其特征在于，所述的内部导流孔板(3)及出口导流孔板(5)上导孔的开孔率均为40％～60％。
4.根据权利要求1所述的一种用于建筑通风排烟实验的通用释放源装置，其特征在于，所述的介质注入孔(2)的孔径为8～20mm。
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