綜合管廊內(nèi)影響高倍數(shù)泡沫破滅因素的研究

婁巖巖　方正　廖宇凡　劉洋　王旭冉　林川靖　高書(shū)賢

摘 要：針對(duì)綜合管廊內(nèi)利用高倍數(shù)泡沫滅火的方式，本文從發(fā)泡倍數(shù)、火源功率、泡沫種類這三個(gè)方面來(lái)探究各個(gè)因素對(duì)高倍數(shù)泡沫破滅速率的影響，利用管廊模型開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得到各個(gè)因素對(duì)泡沫破滅速率的影響程度，對(duì)實(shí)際的工程具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：綜合管廊 高倍數(shù)泡沫 泡沫破滅速率 影響因素

中圖分類號(hào)：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（a）-0026-02

1 綜合管廊內(nèi)滅火方式的研究

國(guó)內(nèi)目前對(duì)于綜合管廊的消防滅火系統(tǒng)，仍處于研究探索階段，各地均有不同的做法[1]，如七氟丙烷滅火系統(tǒng)和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)本身都具有一定缺點(diǎn)。綜合我國(guó)綜合管廊的工程設(shè)計(jì)，我們提出直接用高倍泡沫進(jìn)行快速滅火的方式，高倍數(shù)泡沫的滅火系統(tǒng)特別適用于有限空間的火災(zāi)，且高倍數(shù)泡沫滅火具有很多優(yōu)點(diǎn)[2]：（1）發(fā)泡量大，滅火效率高。（2）泡沫的堅(jiān)韌性好，易于傳輸。（3）有良好的隔熱效果。（4）水漬損失小，抗復(fù)燃能力強(qiáng)。（5）易于清除。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

（1）高倍數(shù)泡沫發(fā)生系統(tǒng)。

高倍數(shù)泡沫發(fā)生系統(tǒng)為本實(shí)驗(yàn)的核心裝置，主要包括發(fā)泡系統(tǒng)和供液系統(tǒng)兩個(gè)部分。發(fā)泡系統(tǒng)包括鼓風(fēng)裝置及高倍數(shù)泡沫發(fā)生器。供液系統(tǒng)在實(shí)際開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí)采用高位水箱供液。

（2）小尺寸電纜艙模型。

火焰區(qū)由于需耐受一定的高溫，所以使用不銹鋼材料制作。有研究表明[3]，阻燃電纜燃燒時(shí)熱釋放速率的峰值約為200kW/m2，橡膠電纜的熱施放速率峰值約為500kW/m2。由于小尺寸模型的尺寸為40cm（長(zhǎng)）×30cm（寬）×40cm（高），由相似比可以得到對(duì)應(yīng)至全尺寸電纜艙的實(shí)際尺寸為2.4m（長(zhǎng)）×1.8m（寬）×2.4m（高）。為了使模型與實(shí)際工況相似，需使模型中弗勞德數(shù)與實(shí)際電纜艙相等，可計(jì)算得到模型實(shí)驗(yàn)中的火源功率在模擬時(shí)應(yīng)取為16kW，非阻燃的橡膠電纜時(shí)應(yīng)取為40kW。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量

在測(cè)量泡沫破裂速率的實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的參數(shù)主要有兩個(gè)，分別是泡沫的發(fā)泡倍數(shù)及泡沫的破壞速率。

2.2.1 泡沫發(fā)泡倍數(shù)的測(cè)量

泡沫滅火劑規(guī)范（GB15308-2006）中給出的公式采用了質(zhì)量法。故此時(shí)實(shí)驗(yàn)中計(jì)劃采用質(zhì)量法計(jì)算發(fā)泡倍數(shù)。

2.2.2 泡沫破壞速率的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)擬采用限制火焰與泡沫層的接觸時(shí)間測(cè)量燒失體積的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方式。接觸時(shí)間限制在泡沫層破壞迅速的前1～7s，通過(guò)錄制視頻的方式對(duì)不同間隔時(shí)間內(nèi)泡沫層的破壞情況進(jìn)行記錄。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

該小尺寸實(shí)驗(yàn)將對(duì)火源功率、泡沫種類、發(fā)泡倍數(shù)三個(gè)因素對(duì)泡沫層破壞速率的影響進(jìn)行研究?；鹪垂β蕦瑑蓚€(gè)水平，泡沫種類也有兩個(gè)水平，發(fā)泡倍數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)較多的水平，具體對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)中錄制的視頻進(jìn)行分析后提取單位時(shí)間內(nèi)泡沫層損失的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，經(jīng)分析計(jì)算后得到的各組實(shí)驗(yàn)中泡沫的破壞速率，如表2所示。

3.2 結(jié)果分析

（1）發(fā)泡倍數(shù)。

發(fā)泡倍數(shù)的不同表現(xiàn)在不同發(fā)泡倍數(shù)的泡沫含水率不同，由于泡沫發(fā)生破裂時(shí)主要原因?yàn)榕菽c泡沫間的液膜失水不斷變薄，與周圍液泡發(fā)生合并。對(duì)1，2，3這3組實(shí)驗(yàn)的泡沫破裂速率作圖可得圖1。

通過(guò)對(duì)比3組實(shí)驗(yàn)的破壞速率可以看出，發(fā)泡倍數(shù)越低，泡沫的破壞速率越低，反之發(fā)泡倍數(shù)越高時(shí)泡沫的破壞速率越高。從圖中可以看出，隨著泡沫倍數(shù)的增大，泡沫的破壞速率增加的同時(shí)增長(zhǎng)的速度降低。

（2）火源功率。

將第1、4組，2、5組，3、6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比對(duì)不難發(fā)現(xiàn)，在火源功率升高時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)泡倍數(shù)下的泡沫層破壞速率也相應(yīng)增大。在火源功率足夠大時(shí)對(duì)泡沫的破壞效果顯著提升，但在第6組實(shí)驗(yàn)中，泡沫層的破壞情況自上而下相對(duì)均勻。經(jīng)分析可能是由于當(dāng)火源功率較小時(shí)，火源對(duì)泡沫層的熱作用主要表現(xiàn)為熱空氣的對(duì)流，同時(shí)下部的泡沫會(huì)受到上部泡沫重力滲流的補(bǔ)充相對(duì)穩(wěn)定，所以上部破壞明顯，為了使3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠相互對(duì)比，故將第6組實(shí)驗(yàn)中破壞速率乘以一個(gè)修正系數(shù)以模擬與其他實(shí)驗(yàn)組中的泡沫破壞情況，并將修正后的模型中破壞速率與全尺寸泡沫速率填入括號(hào)中。將1～6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖，如圖2所示。

從圖2中可以看出，在不同的火源功率下泡沫的破壞速率表現(xiàn)出相似的規(guī)律性，即隨著發(fā)泡倍數(shù)的增大泡沫破壞速率增大，并且隨著泡沫破壞速率增大的同時(shí)增速降低。

（3）泡沫種類。

選擇除泡沫種類不同，火源功率、發(fā)泡倍數(shù)均相同的第1、7組，第2、8組，第3、9組在全尺寸中的泡沫破壞速率作圖，見(jiàn)圖3。從圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)編號(hào)1～3與7～9兩組各3個(gè)數(shù)據(jù)所構(gòu)成的兩根曲線趨勢(shì)相似，對(duì)應(yīng)相同火源功率時(shí)，兩種類型的泡沫在發(fā)泡倍數(shù)為400倍、550倍時(shí)的泡沫破壞速率較接近，說(shuō)明在發(fā)泡倍數(shù)高時(shí)泡沫的破壞速率受泡沫種類的影響較小。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在發(fā)泡倍數(shù)低時(shí)泡沫的破壞速率與泡沫種類相關(guān)，隨著發(fā)泡倍數(shù)的升高這種相關(guān)性降低。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)因素中發(fā)泡倍數(shù)及火源功率對(duì)泡沫的破壞速率影響較大。其中，發(fā)泡倍數(shù)與泡沫破壞速率之間為非線性關(guān)系，隨著發(fā)泡倍數(shù)的增加，泡沫破壞速率也增大，但增速降低，曲線形式與對(duì)數(shù)函數(shù)相似；火源功率增大時(shí)，泡沫的破壞速率明顯增大；不同種類的泡沫發(fā)泡倍數(shù)與破壞速率之間關(guān)系近似，但在發(fā)泡倍數(shù)較低時(shí)泡沫的破壞速率表現(xiàn)出的差異性明顯大于發(fā)泡倍數(shù)較高時(shí)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 馮軍，包光宏.國(guó)內(nèi)外電纜及光纜燃燒性能分級(jí)體系探討[J].建筑電氣，2015（7）：13-17.endprint