綜合管廊內影響高倍數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　高書賢

摘 要：針對綜合管廊內利用高倍數泡沫滅火的方式，本文從發泡倍數、火源功率、泡沫種類這三個方面來探究各個因素對高倍數泡沫破滅速率的影響，利用管廊模型開展實驗，通過對實驗數據的分析得到各個因素對泡沫破滅速率的影響程度，對實際的工程具有一定的指導意義。

關鍵詞：綜合管廊 高倍數泡沫 泡沫破滅速率 影響因素

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0026-02

1 綜合管廊內滅火方式的研究

國內目前對于綜合管廊的消防滅火系統，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和細水霧滅火系統等。這些系統本身都具有一定缺點。綜合我國綜合管廊的工程設計，我們提出直接用高倍泡沫進行快速滅火的方式，高倍數泡沫的滅火系統特別適用于有限空間的火災，且高倍數泡沫滅火具有很多優點[2]：（1）發泡量大，滅火效率高。（2）泡沫的堅韌性好，易于傳輸。（3）有良好的隔熱效果。（4）水漬損失小，抗復燃能力強。（5）易于清除。

2 實驗方法

2.1 實驗裝置

（1）高倍數泡沫發生系統。

高倍數泡沫發生系統為本實驗的核心裝置，主要包括發泡系統和供液系統兩個部分。發泡系統包括鼓風裝置及高倍數泡沫發生器。供液系統在實際開展實驗時采用高位水箱供液。

（2）小尺寸電纜艙模型。

火焰區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）×30cm（寬）×40cm（高），由相似比可以得到對應至全尺寸電纜艙的實際尺寸為2.4m（長）×1.8m（寬）×2.4m（高）。為了使模型與實際工況相似，需使模型中弗勞德數與實際電纜艙相等，可計算得到模型實驗中的火源功率在模擬時應取為16kW，非阻燃的橡膠電纜時應取為40kW。

2.2 試驗數據測量

在測量泡沫破裂速率的實驗中需要測量的參數主要有兩個，分別是泡沫的發泡倍數及泡沫的破壞速率。

2.2.1 泡沫發泡倍數的測量

泡沫滅火劑規范（GB15308-2006）中給出的公式采用了質量法。故此時實驗中計劃采用質量法計算發泡倍數。

2.2.2 泡沫破壞速率的測量

實驗擬采用限制火焰與泡沫層的接觸時間測量燒失體積的實驗測量方式。接觸時間限制在泡沫層破壞迅速的前1～7s，通過錄制視頻的方式對不同間隔時間內泡沫層的破壞情況進行記錄。

2.3 實驗設計

該小尺寸實驗將對火源功率、泡沫種類、發泡倍數三個因素對泡沫層破壞速率的影響進行研究。火源功率將包含兩個水平，泡沫種類也有兩個水平，發泡倍數應設計較多的水平，具體對應的實驗設計如表1所示。

3 實驗結果及討論

3.1 實驗結果

通過對實驗中錄制的視頻進行分析后提取單位時間內泡沫層損失的長度數據，經分析計算后得到的各組實驗中泡沫的破壞速率，如表2所示。

3.2 結果分析

（1）發泡倍數。

發泡倍數的不同表現在不同發泡倍數的泡沫含水率不同，由于泡沫發生破裂時主要原因為泡沫與泡沫間的液膜失水不斷變薄，與周圍液泡發生合并。對1，2，3這3組實驗的泡沫破裂速率作圖可得圖1。

通過對比3組實驗的破壞速率可以看出，發泡倍數越低，泡沫的破壞速率越低，反之發泡倍數越高時泡沫的破壞速率越高。從圖中可以看出，隨著泡沫倍數的增大，泡沫的破壞速率增加的同時增長的速度降低。

（2）火源功率。

將第1、4組，2、5組，3、6組實驗數據進行相互比對不難發現，在火源功率升高時，對應發泡倍數下的泡沫層破壞速率也相應增大。在火源功率足夠大時對泡沫的破壞效果顯著提升，但在第6組實驗中，泡沫層的破壞情況自上而下相對均勻。經分析可能是由于當火源功率較小時，火源對泡沫層的熱作用主要表現為熱空氣的對流，同時下部的泡沫會受到上部泡沫重力滲流的補充相對穩定，所以上部破壞明顯，為了使3組實驗數據能夠相互對比，故將第6組實驗中破壞速率乘以一個修正系數以模擬與其他實驗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中。將1～6組實驗數據作圖，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出相似的規律性，即隨著發泡倍數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增速降低。

（3）泡沫種類。

選擇除泡沫種類不同，火源功率、發泡倍數均相同的第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，見圖3。從圖中可以看出，實驗編號1～3與7～9兩組各3個數據所構成的兩根曲線趨勢相似，對應相同火源功率時，兩種類型的泡沫在發泡倍數為400倍、550倍時的泡沫破壞速率較接近，說明在發泡倍數高時泡沫的破壞速率受泡沫種類的影響較小。

通過對比可以發現，在發泡倍數低時泡沫的破壞速率與泡沫種類相關，隨著發泡倍數的升高這種相關性降低。

4 結語

實驗結果表明，3個因素中發泡倍數及火源功率對泡沫的破壞速率影響較大。其中，發泡倍數與泡沫破壞速率之間為非線性關系，隨著發泡倍數的增加，泡沫破壞速率也增大，但增速降低，曲線形式與對數函數相似；火源功率增大時，泡沫的破壞速率明顯增大；不同種類的泡沫發泡倍數與破壞速率之間關系近似，但在發泡倍數較低時泡沫的破壞速率表現出的差異性明顯大于發泡倍數較高時。

參考文獻

[1] 范曉莉.綜合管廊滅火方式設計探討[J].陜西建筑，2013（9）：4-8.

[2] 孫磊，劉澄波.綜合管廊的消防滅火系統比較與分析[J].地下空間與工程學院，2009（3）：616-620.

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