穿斗式民居建筑高压细水雾系统控火效果研究.pdf

建筑防火设计Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8穿斗式民居建筑高压细水雾系统控火效果研究张扬1,张健2,高学文2（1.云南省消防救援总队，云南 昆明 650200；2.昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650500）摘要：高压细水雾良好的冷却降温效果，对建筑初期火灾具有较好的抑制作用，可有效解决木结构建筑防火间距不足的问题，阻止建筑间火灾蔓延的发展。为探究高压细水雾雾化锥角、水压强度、喷雾速度及粒径大小等因素对木结构建筑火灾控火效果的影响，选取典型穿斗式民居建筑为研究对象，采用FDS 建立火灾模型，分析上述各因素对细水雾抑制木结构建筑火灾效果的影响。结果表明：上述影响因素均对高压细水雾的控火效果具有较大影响，雾化锥角为 120、喷雾压力为 10.00 MPa、喷雾速度为 10 m/s、粒径大小为 300 m 时的灭火效果最佳，可以产生最高的渗透能力，7.3 s即可完成灭火。关键词：木结构建筑；高压细水雾；灭火效果；火灾热释放速率中图分类号：X913.4；TM912 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）08-1074-05连片建设的木结构建筑群存在耐火等级低、火灾荷载大、防火间距不足及消防救援困难等问题，易造成建筑间的火灾蔓延。多次火灾事故表明，建筑间的火灾蔓延是 导 致 连 片 木 结 构 建 筑 群 火 灾 大 面 积 损 失 的 主 要 原因1-2。因此，在木结构建筑火灾发展初期阶段扑灭火灾或将火灾控制在单体建筑内以切断建筑间的火灾蔓延，可有效降低单体建筑的火灾风险，控制建筑群火灾蔓延范围，对连片木结构建筑群的保护至关重要。目前，木结构建筑的防火改造措施主要集中于改善建筑防火构造、控制起火源及增设消防灭火设施设备等方面3-5。其中，改善建筑防火构造、控制起火源可有效提高建筑的耐火能力，降低火灾发生概率，增设消防设施设备有利于提高建筑灭火能力，增加建筑初期火灾的灭火成功概率。自动喷淋系统及高压细水雾等消防设施因其良好的隔热降温效果，对建筑初起火灾具有较好的抑制作用，可以达到控制建筑室内火灾及切断建筑间火灾蔓延的目的6-7。而在实际使用过程中，喷淋灭火系统在应用于木结构建筑中存在安装体积大，管道不易隐藏，影响建筑传统风貌及消防用水需求较大，灭火后产生的大量水渍会对古建筑中的文物造成一定的破坏等问题。细水雾灭火技术以灭火过程快速、耗水量小、对保护对象损伤较小等优点，被广泛应用于木结构建筑中8。相关研究中，魏东等9对细水雾水滴粒子的辐射特性与隔热机理进行了理论研究，建立了水滴与火焰辐射的数学模型。NODA S等10利用数值模拟方法研究了细水雾对热辐射的衰减作用，指出水雾粒径是阻断辐射热的主要参数，小液滴对辐射热的衰减作用更大。韩嘉兴11开展移动式高压细水雾防火分隔试验，研究了火源与细水雾喷头在不同间距下的隔热降温效果。张伟等12、李媛13对细水雾与火灾烟气的相互作用进行模拟，表明细水雾粒径大小及 喷 头 位 置 是 控 制 室 内 火 灾 烟 气 温 度 的 重 要 因 素。SANTANGELO P E 14、MAHMUD H M I 15等开展了一系列燃烧试验，研究水雾压力、水雾体积通量分布、液滴尺寸、速度和动量等参数对细水雾抑制火灾效果的影响。上述研究表明，高压细水雾的灭火效果与其雾化锥角、水压强度、喷雾速度及水雾粒径等因素相关。为探究各影响因素对木结构建筑火灾控火或灭火效果的影响，本文以丽江穿斗式民居建筑为研究对象，采用 FDS 进行数值模拟，以获得细水雾系统最优的参数设置。1研究对象及参数设置1.1研究对象选取典型丽江穿斗式民居建筑为研究对象，见图 1。（a）建筑外观图10 7006 2001#2#3#中轴线M-1 C-1M-3C-2 M-2（b）建筑首层平面图图 1穿斗式民居建筑Fig.1Chuandou residential building建筑长 10.70 m，宽 6.20 m，高 5.82 m，占地面积约 67 m2，分为上下两层，一层建筑房间隔断为 3间，均为木质隔基金项目：云南省重点研发计划项目（202203AC100004）断，二层无隔断，共有 14 根木柱构成，木柱下部直径约160 mm，上部直径略窄。建筑正立面门窗、挑檐、梁柱、悬山及椽子均为木质构件，且正面具有较大的门窗开口空间，其中一层有 6 扇门窗，总宽 3.6 m、高 2.2 m，二层窗高1.1 m。一层建筑外左右两侧及背面均为砖墙，墙厚 400 mm。建筑室内细水雾灭火模拟场景设置于该建筑首层中间 2号房间内，该房间长 4.2 m，宽 4.2 m，高 2.5 m，门尺寸为 0.9 m2.0 m，木质隔断厚度约为 0.1 m，房间门设置为开放洞口。1.2模型建立根据图 1 所示典型穿斗式民居建筑尺寸建立分析模型，见图 2（a）。细水雾喷头设置于房间上方中心处，高度为 2.5 m，采用流量系数 K=1 的单嘴细水雾喷头。火灾场景设置为沙发起火燃烧，沙发中心位于细水雾喷头左侧 1 m 处。O2与 CO 浓度探测器位于其下方，高度为 1.6 m，热电偶探测器 T4位于沙发上方 0.5 m 处，依次垂直向上间隔 0.5 m 布置 3 个热电偶探测器，记为 T1T3，具体分布位置见图 2（b）。建筑室内房间顶部、左右侧及正门设置为松木材料，密度为 410 kg/m3，热解温度为 150，燃烧热 1.5104 kJ/kg，反应热 5.0103 kJ/kg。房间背部为砖墙，沙发为聚氨酯海绵材料，密度为 50 kg/m3，热解温 度 为 280 ，燃 烧 热 3.0104 kJ/kg，反 应 热 为 8.0102 kJ/kg。点火器设置在沙发上，表面温度设为 1 000，以达到火势快速增长、节约模拟时间的目的。为避免点火源引起的误差，设置点火源在 60 s时熄灭。1.3工况设置高压细水雾对于火灾的抑制作用主要与细水雾的雾化锥角、工作压力、喷雾速度及粒径大小等参数相关。雾化锥角直接决定细水雾的空间分布，影响细水雾的初始速度、动量及细水雾对火焰及烟气的有效覆盖面积，为探讨雾化锥角对室内空间灭火效果的影响，选取常见的60、80、100及 120锥角角度。考虑细水雾在不同喷雾压力下对室内可燃物控火时间的影响，选取细水雾压力分别为 1.21、3.45、10.00 MPa。细水雾扑灭室内火灾需要穿过不断向上升腾的烟气和火羽流，因此，细水雾所具有的雾动量需克服火焰羽流的浮力作用，而水雾动量的大小主要受喷雾速度的影响，本文选取 5、10、20、30 m/s 四种喷雾速度研究其对控火效果的影响。高压细水雾以水为灭火介质，在特定的工作压力下将水流分解成细小的水微粒，水微粒在汽化过程中快速吸热冷却以达到抑制火灾的作用，通常水微粒体积越小，表面积越大，传热越好，蒸发越快。在我国细水雾标准出台以前，基本是引用NFPA 750 细水雾消防系统标准16，其规定在最小设计工作压力下、距喷嘴 1 m 处的平面上，测得水雾最粗部分的水微粒直径 DV0.99不大于 1 000 m。该标准涵盖了水喷雾雾滴直径的范围，为严格区分水喷雾与细水雾，我国GB 50898-2013 细水雾灭火系统技术规范17将细水雾的雾滴直径限定为“DV0.5小于 200 m 且 DV0.99小于 400 m”。因此，本文选取 100、200、300、500 m 四种水雾粒径。根据上述参数选取可确定 192种工况组合，为简化模拟工作，在进行某一类参数控火效果比较时，其余 3 类参数不变，共设置 12组工况，见表 1。表 1细水雾灭火工况汇总Table 1Summary of water mist fire extinguishing conditions2模拟结果分析按照表 1 对各工况依次进行模拟，设置火灾发展至60 s时启动高压细水雾进行灭火，给出各工况灭火过程中的火灾热释放速率、室内温度及气体浓度变化情况。2.1火灾热释放速率图 3 为不同火灾工况下的火灾热释放速率曲线。由图 3（a）可以看出，不同雾化锥角下起火处的火灾热释放速率呈现稳定的下降趋势，雾化锥角越大，起火处火灾热释放速率单位时间内的下降幅度越大，雾化锥角为 120时灭火效果最好。随着雾化锥角增大，细水雾与火源的有效接触面积及有效雾通量逐渐增大，具有较好的灭火（a）FDS建模效果图T1T2T3T4细水雾喷头O2、CO浓度探测器（b）细水雾设置图 2建筑模型及细水雾设置Fig.2Building model and water mist setting1074消防科学与技术2023年 8 月第 42 卷第 8 期断，二层无隔断，共有 14 根木柱构成，木柱下部直径约160 mm，上部直径略窄。建筑正立面门窗、挑檐、梁柱、悬山及椽子均为木质构件，且正面具有较大的门窗开口空间，其中一层有 6 扇门窗，总宽 3.6 m、高 2.2 m，二层窗高1.1 m。一层建筑外左右两侧及背面均为砖墙，墙厚 400 mm。建筑室内细水雾灭火模拟场景设置于该建筑首层中间 2号房间内，该房间长 4.2 m，宽 4.2 m，高 2.5 m，门尺寸为 0.9 m2.0 m，木质隔断厚度约为 0.1 m，房间门设置为开放洞口。1.2模型建立根据图 1 所示典型穿斗式民居建筑尺寸建立分析模型，见图 2（a）。细水雾喷头设置于房间上方中心处，高度为 2.5 m，采用流量系数 K=1 的单嘴细水雾喷头。火灾场景设置为沙发起火燃烧，沙发中心位于细水雾喷头左侧 1 m 处。O2与 CO 浓度探测器位于其下方，高度为 1.6 m，热电偶探测器 T4位于沙发上方 0.5 m 处，依次垂直向上间隔 0.5 m 布置 3 个热电偶探测器，记为 T1T3，具体分布位置见图 2（b）。建筑室内房间顶部、左右侧及正门设置为松木材料，密度为 410 kg/m3，热解温度为 150，燃烧热 1.5104 kJ/kg，反应热 5.0103 kJ/kg。房间背部为砖墙，沙发为聚氨酯海绵材料，密度为 50 kg/m3，热解温 度 为 280 ，燃 烧 热 3.0104 kJ/kg，反 应 热 为 8.0102 kJ/kg。点火器设置在沙发上，表面温度设为 1 000，以达到火势快速增长、节约模拟时间的目的。为避免点火源引起的误差，设置点火源在 60 s时熄灭。1.3工况设置高压细水雾对于火灾的抑制作用主要与细水雾的雾化锥角、工作压力、喷雾速度及粒径大小等参数相关。雾化锥角直接决定细水雾的空间分布，影响细水雾的初始速度、动量及细水雾对火焰及烟气的有效覆盖面积，为探讨雾化锥角对室内空间灭火效果的影响，选取常见的60、80、100及 120锥角角度。考虑细水雾在不同喷雾压力下对室内可燃物控火时间的影响，选取细水雾压力分别为 1.21、3.45、10.00 MPa。细水雾扑灭室内火灾需要穿过不断向上升腾的烟气和火羽流，因此，细水雾所具有的雾动量需克服火焰羽流的浮力作用，而水雾动量的大小主要受喷雾速度的影响，本文选取 5、10、20、30 m/s 四种喷雾速度研究其对控火效果的影响。高压细水雾以水为灭火介质，在特定的工作压力下将水流分解成细小的水微粒，水微粒在汽化过程中快速吸热冷却以达到抑制火灾的作用，通常水微粒体积越小，表面积越大，传热越好，蒸发越快。在我国细水雾标准出台以前，基本是引用NFPA 750 细水雾消防系统标准16，其规定在最小设计工作压力下、距喷嘴 1 m 处的平面上，测得水雾最粗部分的水微粒直径 DV0.99不大于 1 000 m。该标准涵盖了水喷雾雾滴直径的范围，为严格区分水喷雾与细水雾，我国GB 50898-2013 细水雾灭火系统技术规范17将细水雾的雾滴直径限定为“DV0.5小于 200 m 且 DV0.99小于 400 m”。因此，本文选取 100、200、300、500 m 四种水雾粒径。根据上述参数选取可确定 192种工况组合，为简化模拟工作，在进行某一类参数控火效果比较时，其余 3 类参数不变，共设置 12组工况，见表 1。表 1细水雾灭火工况汇总Table 1Summary of water mist fire extinguishing conditions工况123456789101112雾化锥角6080100120120120120120120120120120喷雾压力/MPa10.0010.0010.0010.001.213.4510.0010.0010.0010.0010.0010.00喷雾速度/m/s10101010101052030101010粒径大小/m3003003003003003003003003001002005002模拟结果分析按照表 1 对各工况依次进行模拟，设置火灾发展至60 s时启动高压细水雾进行灭火，给出各工况灭火过程中的火灾热释放速率、室内温度及气体浓度变化情况。2.1火灾热释放速率图 3 为不同火灾工况下的火灾热释放速率曲线。由图 3（a）可以看出，不同雾化锥角下起火处的火灾热释放速率呈现稳定的下降趋势，雾化锥角越大，起火处火灾热释放速率单位时间内的下降幅度越大，雾化锥角为 120时灭火效果最好。随着雾化锥角增大，细水雾与火源的有效接触面积及有效雾通量逐渐增大，具有较好的灭火（a）FDS建模效果图T1T2T3T4细水雾喷头O2、CO浓度探测器（b）细水雾设置图 2建筑模型及细水雾设置Fig.2Building model and water mist setting1075Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8效果。由图 3（b）可以看出，不同喷雾压力对火势控制的影响较大，当细水雾压力为 1.21 MPa时，6070 s时火灾热释放速率稍有下降后开始迅速上升，140 s时热释放速率达到峰值，无法扑灭室内火灾；当细水雾压力为 3.45、10.00 MPa时，细水雾启动后室内可燃物的热释放速率开始迅速下降，分别在 75.7、67.3 s时降低到 0 kW。由图 3（c）可以看出，不同喷雾速度时细水雾均能有效扑灭室内火灾，喷雾速度为 10 m/s的灭火效果最好，当速度增加到 2030 m/s时，灭火效果略有下降，可能是因为水雾的动量随着喷雾速度的增加而增加，更容易到达火场中火源以下的低温区域，影响了蒸发和吸热过程，降低了水雾的冷却和灭火效率18-19。由图 3（d）可以看出，粒径尺寸的适度增大（300 m）可以增加动量，使液滴直接快速接触燃料，抑制燃烧，快速冷却，显著提高灭火效率。但当粒径尺寸过大时（500 m），不利于液滴蒸发，影响了水雾的冷却效果。依据上述分析结果，给出不同工况下的灭火时间，见表 2。可以看出，工况 4 的灭火效果最佳，7.3 s即可完成灭火。2.2室内温度变化图 4为不同工况下室内温度变化曲线，其中工况 14为不同雾化锥角下室内温度变化曲线。可以看出，随着雾化锥角不断增大，细水雾启动后不同测点温度降低速度逐渐加快。以 2.5 m 处所测数值为例，室内可燃物充分燃烧后燃料表面最高温度达到 440 C，细水雾启动后，室内温度逐渐降低。当雾化锥角为 60时，细水雾启动后测点温度先降低，随后 85 s 时逐步上升，100 s 时温度达到380，之后呈下降趋势，140 s后降至室温 20。锥角为80时，测点温度稳步下降，75 s 时下降至 260，100 s 时下降至 180，130 s 时室内温度下降至室温 20。锥角为 100及 120时，细水雾对降低室内温度效果显著提升，室内温度迅速下降，120时降温效果最好，温度下降幅度较为显著。由工况 46不同喷雾压力下室内温度变化曲线可以看出，压力为 1.21 MPa时，细水雾启动后室内温度在 6080 s 内稍微下降，75 s 后室内温度开始迅速上升，130 s时温度升至最大值，为 1 080，主要是由于细水雾压力小，不能作用至起火部位表面，最终无法控制室内火灾。压力为 3.45、10.00 MPa 时，细水雾对室内火灾温度具有一定的控制作用，10.00 MPa 时的效果最佳，温度下降幅度较大。由工况 4及工况 79为不同喷雾速度下室内温度变化曲线可以看出，细水雾启动后，喷雾速度为 5、10、30 m/s时，室内温度下降较为显著，其中喷雾速度为 10 m/s 时的降温效果最佳。喷雾速度为 20 m/s 时，测点温度由460 下降至 400 后，70 s时迅速上升至 510 左右，随后在 75 s后逐步下降至室温。工况 4及工况 1012 为不同粒径大小下室内温度变化曲线。可以看出，粒径大小为 100 m 时，60 s 到 70 s 内室内温度出现先下降再上升的趋势，随后温度逐渐降低。粒径大小为 200、300、500 m 时，细水雾启动后室内温度呈现明显的下降趋势，其中粒径大小为 300 m 时，细水雾对室内火灾温度的下降效果较为明显，增大到 500 m 时，细水雾穿透力强但隔氧窒息作用没有粒径大小为 300 m 的显著，细水雾室内温度下降效果相对于粒径为 300 m 稍弱。2.3CO体积分数图 5 为不同工况下 CO 体积分数变化曲线，可以看出，雾化锥角的增大可以降低室内 CO 体积分数。雾化锥角为 60时，室内 CO 体积分数下降波动较大，雾化锥角为120时室内 CO 体积分数降低所用时间最短。喷雾压力为 1.21 MPa时室内 CO 体积分数迅速上升，在 125 s达到峰值，超过成年人正常情况下可以承受的临界值，压力为3.45、10.00 MPa 时，CO 体积分数从最高值迅速下降，10.00 MPa 时效果最好。当喷雾速度为 5、10、30 m/s时，室内 CO 体积分数呈稳定下降趋势，125 s 时恢复至正常水平；当喷雾速度为 20 m/s时，CO 体积分数先上升后呈稳定的下降趋势，未超出人体可以承受的临界值。当细水雾粒径为 100、200 m 时，细水雾启动后室内 CO 体积分数波动较大，其中粒径为 100 m 时，室内 CO 体积分数在 90 s 时达到峰值，且超出人体承受的临界值。当粒径时间/s工况 1（60）工况 2（80）工况 3（100）工况 4（120）0 40 80 120 160 200热释放速率/kW细水雾启动800600400200时间/s工况 5（1.21 MPa）工况 6（3.45 MPa）工况 4（10.00 MPa）0 50 100 150 200热释放速率/kW细水雾启动4 0003 0002 0001 000时间/s工况 7（5 m/s）工况 4（10 m/s）工况 8（20 m/s）工况 9（30 m/s）0 20 40 60 80 100 120热释放速率/kW800600400200细水雾启动时间/s工况 10（100 m）工况 11（200 m）工况 4 （300 m）工况 12（500 m）0 20 40 60 80 100 120热释放速率/kW800600400200细水雾启动（a）不同雾化锥角（b）不同压力（c）不同喷雾速度（d）不同粒径图 3不同工况火灾热释放速率曲线Fig.3HRR curve under different conditions表 2不同工况下的灭火时间Table 2Fire extinguishing time under different conditions工况灭火时间/s153.0242.8319.747.35未灭615.7711.6814.7915.41013.0119.81211.51076消防科学与技术2023年 8 月第 42 卷第 8 期为 300、500 m 时，室内 CO 体积分数稳定下降，其中细水雾粒径为 300 m 时降低 CO体积分数的效果最好。2.4试验验证结合火灾现场试验验证数值模拟结果。火灾现场试验高压细水雾居中布置于图 1 所示建筑一层 2 号房间的楼板处，见图 6。2 8504 2002 1002 1001 6001232 8504DCBA1#2#喷头DN15DN15支架图 6试验设置示意图Fig.6Schematic diagram of experimental setup火源放置于 2号房间几何中心位置，引火源使用标准火源为 3A 的木垛火，将木垛置于大小为 0.7 m0.7 m 的标准油盘上引燃，引燃油量为 2.8 L。采用热电偶进行数据采集。细水雾喷头型号为 XSW-T1.0/10，K=1.0，工作压力为 10 MPa，喷头流量为 10 L/min。因其试验涉及的火源、细水雾的启动判定标准及喷头数量等参数与文章模拟参数不同，导致试验测试结果与模拟结果存在一定的差异，因此文章仅从试验观测的结果进行高压细水雾控火有效性的验证。图 7 为火灾试验现场观测记录，高压细水雾喷头后，细水雾穿过火焰表面，火势迅速被压制至木垛底部，火灾部位温度迅速下降并产生大量白色烟气，细水雾喷头启动约 8 s 时，室内火灾基本得到控制，未见火势复燃或扩时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动（a）工况 1（b）工况 2（c）工况 3（d）工况 4时间/s0 50 100 150 2001 0008006004002000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动（e）工况 5（f）工况 6（g）工况 7（h）工况 8时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动时间/s0 50 100 150 2006005004003002001000温度/高度 2.5 m高度 2.0 m高度 1.5 m高度 1.0 m细水雾启动（i）工况 9（j）工况 10（k）工况 11（l）工况 12图 4不同工况下温度变化曲线Fig.4Temperature curve under different conditions时间/s0 40 80 120 160 2006050403020100CO体积分数/10-6工况 1（60）工况 2（80）工况 3（100）工况 4（120）时间/s0 40 80 120 160 200806040200工况 5（1.21 MPa）工况 6（3.45 MPa）工况 4（10.00 MPa）时间/s0 40 80 120 160 2006050403020100工况 7（5 m/s）工况 4（10 m/s）工况 8（20 m/s）工况 9（30 m/s）时间/s0 40 80 120 160 2006050403020100工况 10（100 m）工况 11（200 m）工况 4 （300 m）工况 12（500 m）（a）不同雾化锥角（b）不同压力（c）不同喷雾速度（d）不同粒径CO体积分数/10-6CO体积分数/10-6CO体积分数/10-6图 5不同工况下 CO体积分数变化曲线Fig.5CO volume fraction under different conditions1077Fire Science and Technology,August 2023,Vol.42,No.8大的迹象，与上文模拟结果较为吻合。细水雾喷头启动约 30 s 后关闭细水雾系统，木垛处火势有复燃的迹象。为保护试验平台用于其他试验，随即采用高压水枪进行灭火。由于细水雾动作时间较短，在之后的研究中，将延长细水雾的动作时间，进一步观察细水雾对火灾的抑制和控火现象。3结 论以丽江典型穿斗式民居建筑为研究对象，采用数值模拟分析高压细水雾在不同雾化锥角、喷雾压力、喷雾速度及粒径下的控火或灭火性能，并得出如下结论。（1）雾化锥角、喷雾压力、喷雾速度及粒径大小均对高压细水雾的控火或灭火效果具有较大影响。（2）雾化锥角会影响细水雾与火源的有效接触面积，对室内控火或灭火效果影响较大，设定条件下（60120），随着雾化锥角增大，灭火时间逐渐缩短，水雾冷却效果逐步提高。（3）细水雾喷雾压力过低时，无法抑制火灾的发展，细水雾压力增加至 3.45 MPa时，可以有效扑灭室内火灾，10.00 MPa时灭火效果较好。（4）当喷雾速度为 5、10、20、30 m/s时，均能较好抑制火灾的发展，其中喷雾速度为 10 m/s时效果最佳。（5）粒径的适度增大（300 m）可以增加动量，使液滴直接快速接触燃料，抑制燃烧，快速冷却，显著提高灭火效率。但当粒径尺寸过大时（500 m）不利于液滴蒸发，影响了水雾的冷却效果。（6）雾化锥角为 120、喷雾压力为 10.00 MPa、喷雾速度为 10 m/s、粒径大小为 300 m 条件下，细水雾系统的控火或灭火效果最佳，可以产生最高的渗透能力，7.3 s即可完成灭火。参考文献：1 张健,宋志刚.李全旺,等.木结构建筑群火灾蔓延危险建筑的识别及防火改造效果评价J.工程力学,2020,37(4):60-69.2 张健,宋志刚.基于有向图的传统村落建筑群火灾蔓延风险分析J.西南交通大学学报,2022,57(2):447-454.3 李凌枫.古建筑传统防火措施适用性模拟分析J.消防科学与技术,2021,40(9):1332-1337.4 虞利强,邹丽细,丛北华.水雾灭火系统在文物古建筑保护中的应用探讨J.给水排水,2011,47(4):86-88.5 龙玟蒽,姚斌.古商业街木结构建筑防火间距的数值模拟研究J.火灾科学,2021,30(1):30-37.6 GB 50116-2013,火灾自动报警系统设计规范S.7 梁强.细水雾水幕阻烟隔热性能理论与应用M.天津:天津大学出版社,2021.8 魏东,梁强.消防水幕衰减火灾辐射热的理论研究J.中国安全科学学报,2008,(10):75-81.9 魏东,葛晓霞,靳红雨,等.消防水幕阻火隔热效果的理论与实验研究J.热科学与技术,2009,8(2):164-170.10 NODA S,MERCI B,TANAKA F,et al.Experimental and numerical study on the interaction of a water mist spray with a turbulent buoyant flameJ.Fire Safety Journal,2021,120(1):103033.11 韩嘉兴.古建筑消防性能化研究D.北京:北京建筑大学,2018.12 张伟,夏云春.细水雾条件下小室火灾热烟气降温数值模拟J.安全与环境学报,2010,10(4):137-141.13 李媛.细水雾幕抑制火灾烟气蔓延的实验研究D.合肥:中国科学技术大学,2014.14 SANTANGELO P E,JACOBS B C,REN N,et al.Suppression effectiveness of watermist sprays on accelerated wood crib firesJ.Fire Safety Journal,2014,70(1):98-111.15 MAHMUD H M I,MOINUDDIN K A M,THORPE G R.Experimental and numerical study of highpressure watermist nozzle spraysJ.Fire Safety Journal,2016,81(1):109-117.16 NFPA 750,Standard on water mist fire protection systemsS.17 GB 50898-2013,细水雾灭火系统技术规范S.18 GUI X H,XUE H T,HU Z Y,et al.Influence of water mist nozzle characteristic parameters on oil pool fire extinguishing in confined spaceJ.Arabian Journal for Science&Engineering,2023,48(3):3441-3454.19 方世维.细水雾灭火系统雾化喷头的设计及研究D.天津:天津商业大学,2022.（a）引燃火源（b）细水雾启动（c）细水雾启动 8 s后图 7细水雾灭火效果图Fig.7Fire extinguishing effect of fine water mist1078消防科学与技术2023年 8 月第 42 卷第 8 期建筑防火设计隧道横向双火源间距对临界风速影响试验研究陈海洋（怀化市消防救援支队，湖南 怀化 418000）摘要：搭建了 1:8 的缩尺寸试验台，开展了纵向通风隧道内横向双火源情况下临界风速的试验研究，研究了双火源在隧道内横向放置时，临界风速与火源功率、火源间距之间的变化关系。结果表明：当火源功率不变时，临界风速随火源间距的增加而逐渐降低；当火源间距不变时，临界风速在一定范围内随火源功率的增加而增大；而当火源功率增大至一定阈值时，临界风速就不再随着火源功率而改变。通过引入影响因子，量化了双火源间距对临界风速的影响，并进一步建立了横向双火源隧道火灾对应的临界风速模型。关键词：隧道火灾；临界风速；双火源；量纲分析中图分类号：X932；U458.1 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）08-1079-05截至 2021 年 12 月，我国已建成公路隧道 23 268 处、总长 24 698.9 km，其中，特长隧道 1 599 处，总长 7 170.8 km1。隧道一旦发生火灾事故，极有可能造成群死群伤等恶性公共安全事件。纵向通风是隧道火灾事故发生时相对简单有效的救援方法之一。在纵向通风条件下，救援人员可以从上游进入火场进行救援，同时隧道内的被困人员可向上游疏散逃生。临界风速是保证火灾时烟气不发生回流的最小风速，是纵向通风重要的物理参数。国内外学者已针对隧道内临界风速的变化特征开展了相关的研究。WU Y 等2针对多种不同尺寸的隧道模型，研究了单火源诱发的临界风速变化特征，见式（1）。u=ucrgH=0.40(Q0.2)1/3,Q 0.120.40,Q 0.12 （1）式中：ucr为隧道临界风速，m/s；u为无量纲临界风速；H为隧道横截面的水力直径，m；Q为无量纲热释放速率。类似地，LI Y Z等3通过对两个不同断面尺寸的模型隧道开展试验，提出临界风速模型公式，见式（2）。ucr=0.81Q,Q 0.150.43,Q 0.15（2）式（1）和式（2）已经过大量试验验证4-9，即火源热释放速率对临界风速的影响是分段的。当火源热释放速率较小时，无量纲临界风速随着火源释放速率的增加而增大；当火源热释放速率较大时，无量纲临界风速几乎不受火源热释放速率的影响。此外，车辆以及坡度也是隧道临界风速变化特征的主要影响因素。TANG W 等10、Research on fire control effect of high pressure water mist system on Chuandou residential buildingsZhang Yang1,Zhang Jian2,Gao Xuewen2(1.Yunnan Fire and Rescue Brigade,Yunnan Kunming 650200,China;2.Faculty of Civil Engineering and Mechanics,Kunming University of Science and Technology,Yunnan Kunming 650500,China)Abstract:The excellent cooling effect of highpressure water mist has a good inhibitory effect on early fire in buildings,which can effectively solve the problem of insufficient fire separation in wooden structures and prevent the spread of fire between buildings.In order to explore the influence of highpressure water mist atomization cone angle,water pressure intensity,spray speed and particle size on the smoke resistance and heat insulation performance of wood structure buildings,a typical Chuandou residential building is selected as the research object,and a fire model is established by using FDS to analyze the influence of the above factors on the fire suppression effect of the wooden structure building,and the validity of the simulation results is verified by experiments.The results show that the above factors have a great impact on the fire extinguishing effect of highpressure water mist.The simulation results show that the best fire extinguishing effect is achieved when the atomization cone angle is 120,the spray pressure is 10.00 MPa,the spray speed is 10 m/s,and the particle size is 300 m,which can produce the highest penetration capacity