城市市政地下综合管廊系统布局规划研究
娄岩岩 方正 廖宇凡 刘洋 王旭冉 林川靖 高书贤
摘 要：针对综合管廊内利用高倍数泡沫灭火的方式，本文从发泡倍数、火源功率、泡沫种类这三个方面来探究各个因素对高倍数泡沫破灭速率的影响，利用管廊模型开展实验，通过对实验数据的分析得到各个因素对泡沫破灭速率的影响程度，对实际的工程具有一定的指导意义。
关键词：综合管廊 高倍数泡沫 泡沫破灭速率 影响因素
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0026-02
1 综合管廊内灭火方式的研究
国内目前对于综合管廊的消防灭火系统，仍处于研究探索阶段，各地均有不同的做法[1]，如七氟丙烷灭火系统和细水雾灭火系统等。这些系统本身都具有一定缺点。综合我国综合管廊的工程设计，我们提出直接用高倍泡沫进行快速灭火的方式，高倍数泡沫的灭火系统特别适用于有限空间的火灾，且高倍数泡沫灭火具有很多优点[2]：（1）发泡量大，灭火效率高。（2）泡沫的坚韧性好，易于传输。（3）有良好的隔热效果。（4）水渍损失小，抗复燃能力强。（5）易于清除。
2 实验方法
2.1 实验装置
（1）高倍数泡沫发生系统。
高倍数泡沫发生系统为本实验的核心装置，主要包括发泡系统和供液系统两个部分。发泡系统包括鼓风装置及高倍数泡沫发生器。供液系统在实际开展实验时采用高位水箱供液。
（2）小尺寸电缆舱模型。
火焰区由于需耐受一定的高温，所以使用不锈钢材料制作。有研究表明[3]，阻燃电缆燃烧时热释放速率的峰值约为200kW/m2，橡胶电缆的热施放速率峰值约为500kW/m2。由于小尺寸模型的尺寸为40cm（长）×30cm（宽）×40cm（高），由相似比可以得到对应至全尺寸电缆舱的实际尺寸为2.4m（长）×1.8m（宽）×2.4m（高）。为了使模型与实际工况相似，需使模型中弗劳德数与实际电缆舱相等，可计算得到模型实验中的火源功率在模拟时应取为16kW，非阻燃的橡胶电缆时应取为40kW。
2.2 试验数据测量
在测量泡沫破裂速率的实验中需要测量的参数主要有两个，分别是泡沫的发泡倍数及泡沫的破坏速率。
2.2.1 泡沫发泡倍数的测量
泡沫滅火剂规范（GB15308-2006）中给出的公式采用了质量法。故此时实验中计划采用质量法计算发泡倍数。
2.2.2 泡沫破坏速率的测量
实验拟采用限制火焰与泡沫层的接触时间测量烧失体积的实验测量方式。接触时间限制在泡沫层破坏迅速的前1～7s，通过录制视频的方式对不同间隔时间内泡沫层的破坏情况进行记录。
2.3 实验设计
该小尺寸实验将对火源功率、泡沫种类、发泡倍数三个因素对泡沫层破坏速率的影响进行研究。火源功率将包含两个水平，泡沫种类也有两个水平，发泡倍数应设计较多的水平，具体对应的实验设计如表1所示。
3 实验结果及讨论
3.1 实验结果
通过对实验中录制的视频进行分析后提取单位时间内泡沫层损失的长度数据，经分析计算后得到的各组实验中泡沫的破坏速率，如表2所示。
3.2 结果分析
（1）发泡倍数。
发泡倍数的不同表现在不同发泡倍数的泡沫含水率不同，由于泡沫发生破裂时主要原因为泡沫与泡沫间的液膜失水不断变薄，与周围液泡发生合并。对1，2，3这3组实验的泡沫破裂速率作图可得图1。
通过对比3组实验的破坏速率可以看出，发泡倍数越低，泡沫的破坏速率越低，反之发泡倍数越高时泡沫的破坏速率越高。从图中可以看出，随着泡沫倍数的增大，泡沫的破坏速率增加的同时增长的速度降低。
（2）火源功率。
将第1、4组，2、5组，3、6组实验数据进行相互比对不难发现，在火源功率升高时，对应发泡倍数下的泡沫层破坏速率也相应增大。在火源功率足够大时对泡沫的破坏效果显著提升，但在第6组实验中，泡沫层的破坏情况自上而下相对均匀。经分析可能是由于当火源功率较小时，火源对泡沫层的热作用主要表现为热空气的对流，同时下部的泡沫会受到上部泡沫重力渗流的补充相对稳定，所以上部破坏明显，为了使3组实验数据能够相互对比，故将第6组实验中破坏速率乘以一个修正系数以模拟与其他实验组中的泡沫破坏情况，并将修正后的模型中破坏速率与全尺寸泡沫速率填入括号中。将1～6组实验数据作图，如图2所示。
从图2中可以看出，在不同的火源功率下泡沫的破坏速率表现出相似的规律性，即随着发泡倍数的增大泡沫破坏速率增大，并且随着泡沫破坏速率增大的同时增速降低。
（3）泡沫种类。
选择除泡沫种类不同，火源功率、发泡倍数均相同的第1、7组，第2、8组，第3、9组在全尺寸中的泡沫破坏速率作图，见图3。从图中可以看出，实验编号1～3与7～9两组各3个数据所构成的两根曲线趋势相似，对应相同火源功率时，两种类型的泡沫在发泡倍数为400倍、550倍时的泡沫破坏速率较接近，说明在发泡倍数高时泡沫的破坏速率受泡沫种类的影响较小。
通过对比可以发现，在发泡倍数低时泡沫的破坏速率与泡沫种类相关，随着发泡倍数的升高这种相关性降低。
4 结语
实验结果表明，3个因素中发泡倍数及火源功率对泡沫的破坏速率影响较大。其中，发泡倍数与泡沫破坏速率之间为非线性关系，随着发泡倍数的增加，泡沫破坏速率也增大，但增速降低，曲线形式与对数函数相似；火源功率增大时，泡沫的破坏速率明显增大；不同种类的泡沫发泡倍数与破坏速率之间关系近似，但在发泡倍数较低时泡沫的破坏速率表现出的差异性明显大于发泡倍数较高时。
参考文献
[1] 范晓莉.综合管廊灭火方式设计探讨[J].陕西建筑，2013（9）：4-8.
[2] 孙磊，刘澄波.综合管廊的消防灭火系统比较与分析[J].地下空间与工程学院，2009（3）：616-620.
[3] 冯军，包光宏.国内外电缆及光缆燃烧性能分级体系探讨[J].建筑电气，2015（7）：13-17.endprint
