狹長通道內(nèi)細(xì)水霧型水幕阻煙性能實(shí)驗(yàn)研究

梁強(qiáng)， 李炎鋒， 李俊梅

(1.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124； 2.中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

狹長通道內(nèi)細(xì)水霧型水幕阻煙性能實(shí)驗(yàn)研究

梁強(qiáng)1,2， 李炎鋒1， 李俊梅1

(1.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124； 2.中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

針對(duì)阻止狹長通道內(nèi)火災(zāi)煙氣水平蔓延的問題，本文提出利用細(xì)水霧型水幕防煙分隔方法，搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究細(xì)水霧型水幕在狹長通道中阻煙的效果。通過分析煙氣蔓延過程，測量溫度分布，O2、CO2和CO濃度變化以及通道內(nèi)照度變化，討論狹長通道內(nèi)細(xì)水霧型水幕阻煙的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：細(xì)水霧開啟后，其下游空間環(huán)境得到改善，可以滿足安全疏散的環(huán)境要求，狹長空間內(nèi)細(xì)水霧型水幕的阻煙性能良好。實(shí)驗(yàn)為狹長通道(隧道、長走廊)的防排煙設(shè)計(jì)提供了思路，對(duì)火場救援和人群疏散具有重要意義。

火災(zāi)； 狹長通道； 細(xì)水霧； 細(xì)水霧型水幕； 煙氣擴(kuò)散； 煙氣控制

據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)中80%以上的死亡者是死于煙氣的影響[1]，煙氣控制是火災(zāi)科學(xué)的重要研究內(nèi)容。不同形式的建筑空間內(nèi)煙氣蔓延過程和特點(diǎn)不同，狹長通道作為一種典型的建筑結(jié)構(gòu)形式，既是建筑內(nèi)各類空間的聯(lián)絡(luò)紐帶，又是火場人群疏散的必經(jīng)之路，煙氣一旦涌入后果不堪設(shè)想。工程中常見的狹長通道包括公路和鐵路隧道、地鐵隧道、城市地下交通隧道以及建筑內(nèi)部的走廊等[2]。火災(zāi)研究人員針對(duì)狹長通道火災(zāi)開展了大量科學(xué)研究，主要包括煙氣毒性成分遷移研究，煙氣輸運(yùn)和控制研究以及細(xì)水霧滅火應(yīng)用研究等?；魩r利用小尺寸模型實(shí)驗(yàn)研究了有限長度矩形傾斜通道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通道內(nèi)近上壁面區(qū)域內(nèi)的熱煙氣在自然對(duì)流作用下的運(yùn)動(dòng)特性[3]。Hu研究了空氣幕在狹長通道內(nèi)的煙氣控制效果[4]；袁建平利用1/20小尺寸模型實(shí)驗(yàn)研究了城市隧道火災(zāi)組合通風(fēng)排煙方式的排煙特性[5]；董惠利用大尺度全尺寸實(shí)驗(yàn)研究了水幕的防火分隔作用，結(jié)果表明水幕的隔熱性能良好，由于水幕屬于不連續(xù)水顆粒且水幕孔隙率較高防煙效果不佳[6]。Fernández等提出了一種在隧道內(nèi)利用煙氣和冷空氣聯(lián)合控制煙氣縱向蔓延的氣幕控制方法(double stream-twin jets)，該方法對(duì)空氣幕進(jìn)行了改進(jìn)[7-8]。方正利用10∶1 模型試驗(yàn)和實(shí)體隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，通過溫度變化證明水噴霧可以有效降低隧道溫度，阻止煙氣及熱量向下游傳播[9]。細(xì)水霧作為一種高效、節(jié)水、環(huán)保的滅火方式被應(yīng)用到隧道火災(zāi)中[11-12]，其主要作用是撲救隧道內(nèi)車輛及其固體貨物火災(zāi)。在對(duì)細(xì)水霧控火的研究中，學(xué)者們觀察到細(xì)水霧不但具有優(yōu)良的降溫效果還可以通過洗滌煙塵粒子提高火場能見度[9,12-13]。

潘李偉等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明細(xì)水霧作用后的煙氣團(tuán)形態(tài)比未施加細(xì)水霧的大了約10倍[13-14]。顯然，細(xì)水霧的吸附作用對(duì)煙氣團(tuán)的積累有重要作用。水霧消煙的基本機(jī)理包括氣溶膠動(dòng)力學(xué)機(jī)理、云物理學(xué)機(jī)理和斯蒂芬流的輸運(yùn)機(jī)理[12-14]。在云物理學(xué)機(jī)理、斯蒂芬流的輸運(yùn)機(jī)理和顆粒團(tuán)形態(tài)學(xué)機(jī)理的共同作用下，粒徑增加的煙塵顆粒團(tuán)進(jìn)而強(qiáng)化煙塵顆粒與霧滴之間的碰撞運(yùn)動(dòng)，加速煙塵顆粒的沉降過程，對(duì)煙氣起到有效地沖刷作用。

在前人研究的基礎(chǔ)上，基于細(xì)水霧冷卻降溫和洗滌炭黑粒子的作用，本文提出在長通道內(nèi)利用細(xì)水霧水幕作為防煙分隔控制煙氣水平蔓延的方法。通過開展細(xì)水霧水幕阻煙性能研究，觀測煙氣運(yùn)動(dòng)過程，溫度分布，O2、CO2和CO的濃度變化以及煙氣對(duì)通道內(nèi)照度的影響分析細(xì)水霧水幕防煙分隔的有效性。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及參數(shù)測點(diǎn)布置

本文重點(diǎn)關(guān)注細(xì)水霧型水幕對(duì)煙氣的分隔作用，因此不考慮基于實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸比例的火源熱釋放速率之間的相似性。實(shí)際工程中，當(dāng)水幕與火源超過一定距離時(shí)，水幕對(duì)火源發(fā)展影響不大。本文主要考慮水幕對(duì)煙氣流動(dòng)的阻擋，因此將火源設(shè)置在實(shí)驗(yàn)通道外，避免狹小實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)細(xì)水霧直接影響火源而降低產(chǎn)煙量和放熱量，導(dǎo)致的阻煙效果測量偏差。實(shí)驗(yàn)使用汽油火來保證煙氣的生成量、流動(dòng)特性、氣體成分和炭黑粒子濃度。狹長通道細(xì)水霧阻煙實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)物圖及參數(shù)測點(diǎn)位置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)臺(tái)由集煙罩、狹長通道、排煙罩和水霧噴射區(qū)四部分組成?；鹪丛O(shè)置在通道之外，利用集煙罩收集煙氣并引入通道，在煙氣流動(dòng)穩(wěn)定區(qū)域施加細(xì)水霧。狹長通道正面選用防火玻璃封擋，以便觀測煙氣的輸運(yùn)過程，通道頂和背面用水泥板封擋，通道兩側(cè)用帶開孔的鍍鋅鐵皮封擋，開孔尺寸為250 mm×3 mm，共12組，每組10個(gè)，便于通廊內(nèi)補(bǔ)風(fēng)。為防止高壓噴射水霧撞擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)地面造成氣流卷吸回流，在水霧噴頭正下方的地板上設(shè)置了0.6 m(長)×1.2 m(寬)的開孔。實(shí)驗(yàn)在尺寸為9 m(長)×9 m(寬)×4 m(高)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展，實(shí)驗(yàn)室北墻上3.8 m高度處安裝有軸流風(fēng)機(jī)用于實(shí)驗(yàn)完成后通風(fēng)排煙。實(shí)驗(yàn)過程中所有門窗、風(fēng)機(jī)關(guān)閉，以減小室外風(fēng)對(duì)火羽及煙氣流動(dòng)的影響。

圖1 狹長空間細(xì)水霧水幕阻煙實(shí)驗(yàn)臺(tái)及測點(diǎn)布置圖Fig.1 Schematic and picture of the experimental rig and measuring locations

實(shí)驗(yàn)采用Φ1 mm的K型鎧裝熱電偶測量狹長通廊內(nèi)的溫度，共設(shè)置80個(gè)熱電偶測量點(diǎn)記錄狹長通道內(nèi)的溫度分布，熱電偶分為10組，熱電偶串編號(hào)為TC01-TC10，每串8個(gè)熱電偶，從通廊頂棚向下依次編號(hào)為TC01-1～TC01-8，如圖1所示，數(shù)據(jù)采集時(shí)間步長為1 s，測量精度為0.1 ℃。采用德國約克公司MRU煙氣分析儀監(jiān)測通道內(nèi)的O2、CO2及CO的濃度變化。采用型號(hào)為TES-1339R的照度計(jì)和一個(gè)40 W的白熾燈泡監(jiān)測狹長通道內(nèi)照度的衰減表征火場煙氣減光性，照度計(jì)取樣率為5次/s，測量誤差為±3%。

2 細(xì)水霧裝置及其特性參數(shù)

細(xì)水霧噴射區(qū)設(shè)置在距離煙氣入口3 m處，高于通道頂棚20 cm，如圖1所示。細(xì)水霧噴頭選用K系數(shù)為0.092的高壓單流體離心噴頭，8個(gè)一組均勻安裝在1.2 m長的噴淋桿上，噴嘴間隔15 cm，細(xì)水霧型水幕冷噴霧場如圖2所示。利用丹麥DANTEC公司制造的激光多普勒動(dòng)態(tài)顆粒分析儀(Dual PDA)對(duì)單個(gè)細(xì)水霧噴頭下游霧滴粒徑、速度進(jìn)行測量，細(xì)水霧特性參數(shù)見表1。各種壓力工況下的細(xì)水霧粒徑均小于100 μm，按照現(xiàn)行規(guī)范要求屬于一級(jí)細(xì)水霧[15]。實(shí)驗(yàn)時(shí)間設(shè)定為5 min，預(yù)燃1 min，通道內(nèi)形成穩(wěn)定熱煙氣層后開啟細(xì)水水幕，水幕開啟4 min后熄滅火源，停止水霧噴射。

圖2 水霧型水幕Fig.2 Water mist screens

壓力/MPa流量/(L·min-1)霧化錐角/(°)平均霧滴粒徑/μm平均噴霧速度/(m·s-1)40.5826071.2821.2660.7136064.2627.8680.8236266.6428.36100.926063.0230.45

3 火源及實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置

實(shí)驗(yàn)采用93# 汽油作為燃料，汽油用量為1 L，圓形油盤直徑為25 cm。實(shí)驗(yàn)采用失重法測量93#汽油質(zhì)量損失速率，選用精度為0.001 g，采樣頻率為1 Hz的電子秤測量。熱釋放速率是決定火場溫度分布和煙氣生成量的基本參數(shù)，該參數(shù)的確定是火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，在獲得燃料質(zhì)量損失速率后，按照下式計(jì)算得到相應(yīng)的熱釋放速率：

Q=ηmcΔHc

(1)

式中：Q為熱釋放速率，kW；η為燃燒效率0.7～0.8；mc為燃料的瞬時(shí)質(zhì)量損失率，kg；ΔHc為燃燒熱值，kJ/kg。圖3為Φ25 cm油盤汽油質(zhì)量損失曲線和熱釋放速率曲線。

圖3 熱釋放速率曲線Fig.3 The curves of heat release rate

影響細(xì)水霧特性參數(shù)的主要因素包括噴嘴結(jié)構(gòu)、噴嘴尺寸和噴霧壓力。由于實(shí)驗(yàn)中沒有更換噴頭，因此通過壓力變化反映不同噴霧速度、粒徑和霧通量下的阻煙效果，實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1煙氣蔓延過程

圖4為通道內(nèi)細(xì)水霧水幕控制煙氣蔓延過程。點(diǎn)燃油盤后，燃燒產(chǎn)生的煙氣通過集煙罩進(jìn)入通道，煙氣形成縱向擴(kuò)散、分層下降的蔓延過程，在59 s時(shí)穩(wěn)定煙氣層形成，煙氣層距頂棚60 cm，如不采取煙氣控制措施，煙氣將充滿整個(gè)通道。水幕開啟后，煙氣流動(dòng)發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，并隨水霧快速下沉，水幕后的可視距離明顯改善如圖4(b)所示。造成煙氣偏轉(zhuǎn)下沉的原因?yàn)椋?)細(xì)水霧垂直速度遠(yuǎn)大于煙氣的水平流速；2)水霧在煙氣的高溫作用下蒸發(fā)吸熱降低了煙氣流的溫度，從而降低煙氣的熱浮力；3)水霧粒子和煙氣粒子間發(fā)生凝并，形成水滴和炭黑粒子團(tuán)隨水霧下沉。同時(shí)由于通道的高度和地板開孔與地面距離的限制，水霧與煙氣混合后的流股在向下撞擊通道地面后流動(dòng)方向發(fā)生改變，混合流股一部分沿通道底面橫向擴(kuò)散，一部分由底部開口流出通道，如圖4(b)、(c)所示，由于無法及時(shí)排除，這股折返的水霧和煙氣混合流股從下向上逐漸填充，通道底部的環(huán)境逐漸惡化。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)狹長通道的高度調(diào)整細(xì)水霧水幕的噴射壓力，控制流動(dòng)速度，在阻截?zé)煔獾耐瑫r(shí)，防止反射回流。在整個(gè)噴霧過程中，由于煙氣不斷涌入，水幕上游環(huán)境惡化嚴(yán)重，實(shí)際中應(yīng)結(jié)合機(jī)械排煙改善其環(huán)境條件。通道內(nèi)水幕下游環(huán)境優(yōu)于上游，下游環(huán)境條件滿足人員疏散要求，這也可以從溫度，O2、CO2和CO濃度變化以及照度變化得出。至301 s時(shí)水幕下游空間環(huán)境仍好于上游，可視距離保持良好，通道背板上的反光條清晰可見，可為疏散提供300 s的疏散時(shí)間。

4.2通道內(nèi)溫度場分布

圖5(a)、(b)為細(xì)水霧水幕作用下通道內(nèi)TC04和TC09處的溫度變化曲線圖。點(diǎn)火后隨著煙氣的蔓延擴(kuò)散，通道內(nèi)上部空間的溫度迅速上升，距頂棚40 cm以上的空間溫升速率較大。從TC04處的垂直溫度分布曲線可以看出，點(diǎn)火60 s內(nèi)，距頂棚20 cm處的溫度最高上升到了78 ℃，距頂棚40 cm以上空間的溫度都在35 ℃以上，由上向下溫度逐漸減低，豎直方向的溫度變化反映了狹長通道內(nèi)煙氣分層的現(xiàn)象。點(diǎn)火60 s后細(xì)水霧水幕開啟，由于水霧的冷卻，距離頂棚20～40 cm范圍內(nèi)的溫度迅速下降至35 ℃以下。在TC09處通道上部空間溫度在水霧噴射前保持升高的狀態(tài)，而后隨著水霧的冷卻逐漸下降，整個(gè)過程溫度都沒有超過45 ℃，距頂棚10 cm以下空間溫度降至室溫。從溫度變化曲線可以看出，由于水霧的蒸發(fā)冷卻通道內(nèi)的溫度被有效控制，水霧和煙氣混合流在撞擊地面后的折射流動(dòng)影響了溫度的分布。結(jié)合煙氣蔓延過程錄像可以看出，由于空間大小的限制，水霧和煙氣混合流出現(xiàn)了向水霧主流區(qū)回流的過程，而回流范圍在距頂棚10 cm以下的空間，因此頂棚處的溫度沒有出現(xiàn)急劇的下降，整個(gè)過程保持了緩慢上升的趨勢，但溫度沒有超過65 ℃。通過以上分析，水霧對(duì)狹長通道內(nèi)的冷卻作用明顯，這驗(yàn)證了文獻(xiàn)[6,14]中得到的水幕對(duì)煙氣的溫度具有“洗滌”作用的結(jié)論。從溫度參數(shù)變化可見細(xì)水霧水幕對(duì)煙氣的擴(kuò)散流動(dòng)起到了很好的阻擋作用，通道內(nèi)溫度的降低可為火場逃生提供有利條件。

圖5 溫度變化曲線Fig.5 Temperature curves in long channel

4.3通道內(nèi)組份氣體的濃度變化

圖6為細(xì)水霧型水幕下游的O2、CO2和CO變化曲線。從圖中可以看出，在細(xì)水霧噴射之前，由于煙氣的填充O2濃度隨之下降，最低降至20.2%。由于燃燒消耗氧氣，生成CO2和CO，因此CO2濃度相應(yīng)增加，最高達(dá)到0.5%，而CO濃度的升高速率比O2和CO2濃度的變化緩慢，在水霧開啟之前最高只達(dá)到了50×10-6。當(dāng)水幕開啟后，O2和CO2濃度發(fā)生反轉(zhuǎn)，O2濃度隨之升高，并逐漸回升到點(diǎn)火前的初始濃度；CO2與O2相反，隨著水霧的作用逐漸下降至初始濃度。O2和CO2濃度的變化說明細(xì)水霧水幕的設(shè)置起到了阻擋煙氣擴(kuò)散的作用，水霧的噴射一方面阻擋了煙氣的流動(dòng)，另一方面水霧的噴射引入了新鮮空氣從而提高了水幕下游的氧氣濃度，CO2濃度的變化與氧濃度變化過程恰恰相反。CO濃度在整個(gè)過程中一直處于升高的趨勢，但升高速率相對(duì)緩慢，水幕下游的CO濃度遠(yuǎn)低于500×10-6的疏散標(biāo)準(zhǔn)，CO的變化過程說明由于水幕寬度的限制并不能完全隔斷煙氣中的所有成分，像CO這樣不溶于水的氣體還是會(huì)透過水霧，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過增加細(xì)水霧水幕的寬度來提高控?zé)熜Ч?。通道?nèi)氣體的濃度變化，可以驗(yàn)證細(xì)水霧水幕阻煙的有效性。

圖6 O2、CO2、CO濃度變化曲線Fig.6 The curves of O2, CO2 and CO concentration

4.4通道內(nèi)照度的變化

可視距離(能見度)也是判斷火場安全性的重要參數(shù)之一，實(shí)驗(yàn)中利用照度的變化體現(xiàn)通道內(nèi)可視距離的變化。在距離煙氣入口4.4 m，距離頂棚10 cm的通道側(cè)壁設(shè)置40 W白熾燈和照度計(jì)監(jiān)控火災(zāi)過程中照度的變化，白熾燈和照度計(jì)距離1.2 m。圖7為不同壓力下細(xì)水霧下游照度變化曲線。在沒有煙氣的情況下，通道內(nèi)的照度為84.3 lx。當(dāng)煙氣蔓延過來后照度迅速下降，通道內(nèi)的照度最低降至25 lx以下。細(xì)水霧水幕開啟后，由于煙氣流動(dòng)路線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，水幕下游空間的照度迅速回升。由于影響照度的主要因素是煙氣中的炭黑粒子，而水霧噴射后水滴粒子與炭黑粒子凝并，水霧有效的沖刷了煙氣中的炭黑粒子，因此照度得到有效提高。照度曲線的變化過程印證了文獻(xiàn)[9,12-13]中水霧沖刷煙塵粒子的結(jié)論，證明了細(xì)水霧水幕的阻煙效果。

從圖7可以看出：噴霧壓力在6 MPa時(shí)，照度從最低24.5 lx回升至53.4 lx；4 MPa時(shí)，由22.5 lx回升至38.6 lx；8 MPa時(shí)，由20 lx回升至45 lx；10 MPa時(shí)，由15 lx回升至40 lx。整個(gè)過程中6 MPa工況下水霧下游照度最大，4 MPa的照度最低。由于4 MPa時(shí)的霧滴粒徑大、霧通量小，因此阻煙效果較差。其他工況，由于細(xì)水霧沖刷煙粒子的效率提高，阻煙效果明顯，但在壓力超過6 MPa時(shí)由于煙水混合流的動(dòng)量增加，當(dāng)撞擊地面后反彈作用明顯，反彈的氣流回升導(dǎo)致照度回升率降低。照度隨噴霧壓力的增加先增大后減小，6 MPa時(shí)回升率最大。這說明噴霧壓力并不是越大越好，隨著壓力的增加霧特性參數(shù)變化逐漸減小，同時(shí)針對(duì)阻煙來講也存在一個(gè)最佳值。就本實(shí)驗(yàn)而言，6 MPa時(shí)的阻煙效果最佳。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)通道的實(shí)際高度和人員疏散的要求合理選擇噴霧壓力，防止混合煙氣后的煙水混合氣流，在接近地面時(shí)仍保持較高的動(dòng)量，從而撞擊地面反彈。

圖7 不同壓力工況下照度變化曲線Fig.7 The curves of illuminance with different pressure

5 結(jié)論

1)細(xì)水霧具有良好的冷卻降溫作用，水幕開啟后其上游溫度下降至45 ℃，下游距頂棚10 cm以下空間溫度降至室溫，通道內(nèi)溫度的降低為火場逃生提供了有利條件。

2)在細(xì)水霧水幕開啟前后，O2濃度經(jīng)歷了先降低后升高的過程，CO2濃度與之相反，CO濃度則處于緩慢升高狀態(tài)，無法完全阻斷其擴(kuò)散，但水霧水幕下游各組分濃度滿足人員安全疏散要求。

3)細(xì)水霧水幕開啟后，其下游照度從25 lx迅速回升，表明細(xì)水霧對(duì)炭黑粒子有良好的沖刷作用，從光學(xué)角度證明了細(xì)水霧水幕的阻煙效果。對(duì)阻煙來講，噴霧壓力并不是越大越好，照度隨噴霧壓力的增加先增大后減小，噴霧壓力存在一個(gè)最佳值，就本實(shí)驗(yàn)而言，6 MPa時(shí)的阻煙隔熱效果最佳。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)表明細(xì)水霧型水幕可以起到防煙分隔的作用，當(dāng)水幕開啟后煙氣的縱向流動(dòng)被阻斷，煙氣流動(dòng)方向隨水霧發(fā)生偏轉(zhuǎn)，水幕下游環(huán)境得到改善。

[1] 童朝陽,陰憶烽,黃啟斌,等. 火災(zāi)煙氣毒性的定量評(píng)價(jià)方法評(píng)述[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2005, 5(4): 101-105.

TONG Zhaoyang, YIN Yifeng, HUANG Qibin, et al. Review of quantitative assessment methods on fire smoke toxicity[J]. Journal of safety and environment， 2005, 5(4): 101-105.

[2] 張甲雷. 長通道內(nèi)火災(zāi)煙氣中一氧化碳生成和分布規(guī)律的研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2012: 1-2.

ZHANG Jialei. Studies of the genearation and distribution of CO in the tunnel model [D]. Hefei：University of Science and Technology of China, 2012: 1-2.

[3] 霍巖,趙建賀. 有限長度傾斜通道內(nèi)火災(zāi)近上壁面區(qū)域溫度特性[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 36(4): 461-466.

HUO Yan, ZHAO Jianhe. Temperature characteristics near the ceiling of an inclined channel with finite length in case of fire[J]. Journal of Harbin Engineering University， 2015, 36(4): 461-466.

[4] HU L H, ZHOU J W, HUO R, et al. Confinement of fire-induced smoke and carbon monoxide transportation by air curtain in channels[J]. Journal of hazardous materials， 2008(156): 327-334.

[5] 袁建平,方正,唐智,等.城市隧道火災(zāi)組合式排煙特性研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版, 2010, 43(6): 738-742.

YUAN Jianping, FANG Zheng, TANG Zhi, et al. Study of smoke exhaust of combined ventilation system in urban tunnel fires[J]. Engineering Journal of Wuhan University， 2010, 43(6): 738-742.

[6] 董惠,鄒高萬,郜冶.激光測量水幕阻隔煙氣全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究 [J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002, 23(5): 80-83.

DONG Hui, ZOU Gaowan, GAO Ye. Large scale fire experiment system with laser devices checking smoke blockage by water curtain[J]. Journal of Harbin Engineering University， 2002, 23(5): 80-83.

[8] FELIS F, PAVAGEAU M, ELICER-CORTéS J C, et al. Simultaneous measurements of temperature and velocity fluctuations in a double stream-twin jet air curtain for heat confinement in case of tunnel fire[J]. International communications in heat and mass transfer， 2010， 37： 1191-1196.

[9] 方正,羅可,孫佳韻,等. 利用分段水噴霧系統(tǒng)對(duì)長大隧道進(jìn)行分區(qū)保護(hù)的試驗(yàn)研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版， 2015, 48(5): 673-679.

FANG Zheng, LUO Ke, SUN Jiayun, et al. Experimental study of using water mist segment as a fire compartment in tunnels[J]. Engineering Journal of Wuhan University， 2015, 48(5): 673-679.

[10] BLANCHARD E, FROMY P, CARLOTTI P. Experimental and numerical study of the interaction between water mist and fire in an intermediate test tunnel[J]. Fire technology， 2014 (50): 565-587.

[11] 張培紅,李楠,張新春,等.公路隧道排煙耦合細(xì)水霧滅火研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2011, 27(1): 106-111.

ZHANG Peihong, LI Nan, ZHANG Xinchun, et al. Study on fire suppression effects by coupling water mist with smoke exhaust in a highway tunnel[J]. Journal of Jianzhu University: Natural Science， 2011, 27(1): 106-111.

[12] 張小艷.微細(xì)水霧除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保， 2001， 27(8): 1-4.

ZHANG Xiaoyan. Design and experimental study of dusting system by fine water spray[J]. Industrial safety and environmental protection， 2001， 27(8): 1-4.

[13] 潘李偉.煙氣控制條件下狹長空間煙氣分層蔓延特性研究[D].合肥： 中國科技大學(xué)， 2011: 125-126.

PAN Liwei. Study on the characteristics of smoke stratified transportation with smoke control in tunnel [D]. Hefei：University of Science and Technology of China, 2011: 125-126.

[14] 房玉東. 細(xì)水霧作用下煙顆粒形貌及尺寸變化規(guī)律研究[J]. 中國工程科學(xué)， 2014, 16(2): 93-100.

FANG Yudong. Study on variational principles of smoke particle shape and dimension with water mist appling[J]. Engineering sciences， 2014, 16(2): 93-100

[15] 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. GB 50898-2013. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn). 北京：中國計(jì)劃出版社, 2015.

Technical code for water mist fire extinguishing system[S]. GB 50898-2013. National code of China. Beijing, 2015.

本文引用格式：

梁強(qiáng)， 李炎鋒， 李俊梅. 狹長通道內(nèi)細(xì)水霧型水幕阻煙性能實(shí)驗(yàn)研究[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)， 2017， 38(11): 1751-1756.

LIANG Qiang, LI Yanfeng, LI Junmei. Experimental research on properties of smoke blocked by water mist screen in a long narrow channel[J]. Journal of Harbin Engineering University， 2017， 38(11): 1751-1756.

Experimentalresearchonpropertiesofsmokeblockedbywatermistscreeninalongnarrowchannel

LIANG Qiang1,2, LI Yanfeng1, LI Junmei1

(1.College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 2.Department of Fire Command, Chinese People′s Armed Police Forces Academy, Langfang 065000, China)

A new smoke control strategy using a water mist screen was developed to block horizontal smoke movement in a long narrow channel. Experiments were conducted to investigate the properties of smoke blockage realized by the water mist screen, and certain parameters were analyzed to confirm its effectiveness in blocking fire-induced smoke, such as the smoke movement process, distribution of temperature, concentrations of O2, CO2, and CO, and changes in visibility. Experimental results show that after the water mist is activated, the downstream space environment is improved and meets safe evacuation requirements. Additionally, the smoke-blocking effect of the water mist screen is excellent in the long narrow channel. This experiment provides a basis for designing smoke prevention and emission strategies in narrow and long channels (tunnels or long corridors), which is significantly important in enabling mass evacuation and fire rescue.

fire; long narrow channel; water mist; water mist screens; smoke spreading; smoke control

10.11990/jheu.201605034

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20171016.1546.002.html

X932，X913.4

A

1006-7043(2017)11-1751-06

2016-05-11.

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2017-10-16.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278018);公安部滅火救援技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(KF201408).

梁強(qiáng)(1978-), 男, 副教授;

李炎鋒(1971-), 男, 教授.

李炎鋒，E-mail:liyanfeng@bjut.edu.cn.