作者簡介：

張華杰（1995— ），男，漢族，河南周口人，碩士研究生，助教，研究方向：消防安全；魏懷鵬（1984— ），男，漢族，河南新密人，碩士研究生，講師，研究方向：水利工程項(xiàng)目管理。

摘要：

隨著城市綜合管廊的快速發(fā)展，電纜火災(zāi)已成為影響城市運(yùn)行安全的重大隱患。細(xì)水霧技術(shù)以其高效冷卻、稀釋氧氣和衰減熱輻射等獨(dú)特機(jī)理，在電纜火災(zāi)的快速撲滅中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。本文系統(tǒng)分析了細(xì)水霧的滅火機(jī)理，包括吸熱冷卻、氧氣稀釋和動(dòng)態(tài)熄滅機(jī)制，探討了其在電纜火災(zāi)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和技術(shù)瓶頸。同時(shí)，針對噴射系統(tǒng)優(yōu)化、多元滅火技術(shù)結(jié)合和智能化發(fā)展提出具體建議，以期為細(xì)水霧技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化及其在電纜火災(zāi)中的廣泛應(yīng)用提供理論支持和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：細(xì)水霧技術(shù)；電纜火災(zāi)；滅火機(jī)理

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求持續(xù)增長，綜合管廊建設(shè)也在迅速推進(jìn)。綜合管廊是一種建設(shè)于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的地下隧道空間，是現(xiàn)代城市的“生命線”和智慧城市的“大動(dòng)脈”[1]。綜合管廊空間密閉且狹長，管廊內(nèi)均為市政主干管線，一旦著火，火勢會(huì)沿綜合管廊縱向快速蔓延，對城市生產(chǎn)生活產(chǎn)生重大影響，外部滅火困難。因此，管廊內(nèi)的消防滅火系統(tǒng)作為火災(zāi)后的重要滅火設(shè)施，對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的設(shè)計(jì)顯得尤為重要[2]。當(dāng)前，市場上存在多種自動(dòng)滅火系統(tǒng)，包括水噴霧、細(xì)水霧、氣體和超細(xì)粉體等，從理論上講這些系統(tǒng)均可滿足電力艙室的滅火需求。然而，相關(guān)規(guī)范對具體系統(tǒng)的選擇尚無明確規(guī)定。在此背景下，高壓細(xì)水霧因其獨(dú)特的滅火機(jī)理與顯著優(yōu)勢，逐漸成為一種備受關(guān)注的新興滅火技術(shù)，特別是在電力電纜艙室中表現(xiàn)出良好的適配性和高效性。

一、細(xì)水霧滅火機(jī)理

（一）吸熱與冷卻作用

吸熱與冷卻作用是細(xì)水霧滅火的核心機(jī)理之一[3]。細(xì)水霧通過吸收火焰及燃料表面的熱量降低燃燒溫度，破壞燃燒條件，從而實(shí)現(xiàn)滅火。霧滴的比表面積越大，其吸熱效率越高；粒徑在100微米至500微米的水霧能夠快速蒸發(fā)，大幅降低火焰溫度[4]。高速噴射的水霧因其強(qiáng)大的穿透能力，能有效地冷卻火焰的核心區(qū)域以及燃料表面，從而防止燃燒持續(xù)進(jìn)行。燃料的表面冷卻在細(xì)水霧滅火過程中扮演著關(guān)鍵角色。微細(xì)霧霾吸收熱量以降低燃料的溫度，同時(shí)通過濕潤效應(yīng)限制熱解過程，減少可燃?xì)怏w的排放，從而有效防止火焰再次點(diǎn)燃。當(dāng)燃料表面溫度下降至燃點(diǎn)以下時(shí)，火災(zāi)熄滅效果顯著。吸熱效率與火焰環(huán)境的動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)。細(xì)水霧需克服高溫氣流的熱反饋效應(yīng)，通過蒸發(fā)形成有效降溫區(qū)域[5]。

（二）氧氣稀釋作用

氧氣稀釋作用是細(xì)水霧滅火的重要機(jī)理，通過降低燃燒區(qū)域氧氣濃度抑制燃燒。細(xì)水霧進(jìn)入火焰后迅速蒸發(fā)為水蒸氣，其體積膨脹至液態(tài)水的1700倍，在火焰周圍形成稀釋氧氣的屏障，使氧氣濃度迅速下降，以阻止燃燒[6]。在密閉空間內(nèi)，這一作用尤為顯著。例如，在100立方米的空間中，僅需5.5升水完全蒸發(fā)便可使氧氣濃度降低約10%。稀釋效率受燃燒源功率、空間體積及通風(fēng)條件的影響。在充足的通風(fēng)條件下，氧氣的稀釋效果可能減弱，這就要求對噴射系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以擴(kuò)大其擴(kuò)散和覆蓋范圍。在低氧環(huán)境下，燃燒維持的臨界氧氣濃度因燃料類型而異，固體燃料通常比烴類燃料需更低的氧氣濃度，這對細(xì)水霧應(yīng)用提出了設(shè)計(jì)要求。

（三）衰減熱輻射作用

衰減熱輻射作用是細(xì)水霧滅火過程中的關(guān)鍵機(jī)理，通過減少燃燒區(qū)域向燃料表面的熱反饋來阻止火災(zāi)蔓延。細(xì)水霧在燃燒區(qū)域形成高密度的屏障，霧滴吸收和散射熱輻射，使得傳遞到燃料表面的熱量顯著減少。水霧粒徑對衰減熱輻射效果至關(guān)重要。當(dāng)霧滴粒徑接近燃燒熱輻射波長時(shí)，其衰減效率達(dá)到最佳。粒徑小于200微米的霧滴在增強(qiáng)衰減熱輻射方面顯示出顯著優(yōu)勢[7]。細(xì)水霧通過降低燃料表面的熱解速率和液體燃料的蒸發(fā)速率，有效地減少可燃?xì)怏w的釋放。這種作用機(jī)制在未燃燃料的引燃抑制中尤為重要。熱輻射的降低能夠顯著延緩火災(zāi)的擴(kuò)散速度，為滅火操作提供寶貴時(shí)間[8]。細(xì)水霧吸收熱輻射后迅速蒸發(fā)為水蒸氣，進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻作用，與熱輻射衰減機(jī)理形成協(xié)同效應(yīng)。噴霧強(qiáng)度和分布均勻性直接影響衰減效果。在高強(qiáng)度噴霧條件下，細(xì)水霧形成的屏障更加致密，能夠更有效地吸收和阻擋熱輻射[9]。然而，過高的噴霧流量可能導(dǎo)致霧滴聚合，降低比表面積，從而減弱衰減效果。因此，噴霧強(qiáng)度需與火源熱輻射強(qiáng)度合理匹配，以實(shí)現(xiàn)最佳的衰減效果。

（四）三維滅火與動(dòng)態(tài)熄滅機(jī)制

三維滅火與動(dòng)態(tài)熄滅機(jī)制是細(xì)水霧技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，能夠在復(fù)雜火災(zāi)場景中實(shí)現(xiàn)全空間覆蓋和快速撲滅。在噴射過程中，部分霧滴因粒徑較小在高壓作用下產(chǎn)生橫向和向上的翻騰運(yùn)動(dòng)，迅速填充火源周圍空間，形成全方位的滅火屏障[10]。這種三維特性使細(xì)水霧不僅覆蓋火源表面，還能滲入隱蔽區(qū)域，解決傳統(tǒng)滅火手段難以解決的問題。動(dòng)態(tài)熄滅機(jī)制通過調(diào)控火焰位置和燃燒條件主動(dòng)干預(yù)火焰行為。高壓霧滴擾動(dòng)火焰熱氣流，將火焰推離燃料表面，減少熱反饋效應(yīng)，降低火焰強(qiáng)度。當(dāng)霧滴蒸發(fā)為水蒸氣后，進(jìn)一步稀釋氧氣濃度，可加快對燃燒反應(yīng)的抑制進(jìn)程。三維滅火效率受到霧滴粒徑和噴射方向的影響。小于100微米的霧滴具有更高的覆蓋效率，同時(shí)減少了聚集風(fēng)險(xiǎn)。

二、細(xì)水霧滅火技術(shù)在電纜火災(zāi)中的應(yīng)用

（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

細(xì)水霧技術(shù)作為一種新興的滅火方式，在國內(nèi)消防領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。近年來，伴隨著城市化進(jìn)程的加快和地下綜合管廊建設(shè)的發(fā)展，細(xì)水霧在電纜火災(zāi)中的應(yīng)用研究逐漸深入。研究主要聚焦于細(xì)水霧的滅火機(jī)理、實(shí)際應(yīng)用場景及系統(tǒng)優(yōu)化方面，并取得了一定成果?，F(xiàn)有研究深入分析了細(xì)水霧的冷卻、稀釋氧氣、衰減熱輻射及動(dòng)態(tài)穿透作用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，細(xì)水霧通過蒸發(fā)吸熱能夠顯著降低火焰溫度和燃料表面溫度。在某地下實(shí)驗(yàn)中，細(xì)水霧將火焰核心區(qū)域的溫度由1000℃降低至500℃，火災(zāi)被迅速控制。在密閉空間中，通過快速蒸發(fā)生成水蒸氣，氧氣濃度可降低10%，有效遏制燃燒[11]。

在實(shí)際應(yīng)用場景方面，國內(nèi)逐步推進(jìn)細(xì)水霧在綜合管廊及電力艙室的試點(diǎn)應(yīng)用，重點(diǎn)驗(yàn)證其在電纜火災(zāi)中的高效性。一些研究表明，細(xì)水霧系統(tǒng)在0.5秒內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)覆蓋空間的90%以上，為電纜火源的快速降溫提供保障[12]。實(shí)驗(yàn)還證實(shí)細(xì)水霧對于隱蔽火源的滅火效果顯著。然而，這類研究大多集中于單一火災(zāi)情境，缺乏對多因素干擾下性能的系統(tǒng)性分析。

在系統(tǒng)優(yōu)化與參數(shù)設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)研究關(guān)注噴嘴設(shè)計(jì)、霧滴粒徑控制和噴射強(qiáng)度對滅火效率的影響。實(shí)驗(yàn)顯示，細(xì)水霧的霧滴粒徑大概是處于50微米—200微米的范圍內(nèi)，通常情況下1升水以霧滴形態(tài)噴出時(shí)的表面積會(huì)增大幾千倍，這就使細(xì)水霧在傳熱方面有很大優(yōu)勢。霧滴與高溫氣流之間互相作用，在短時(shí)間內(nèi)吸熱汽化，使熱氣流的溫度降低[13]。然而，當(dāng)前研究未能充分結(jié)合火災(zāi)實(shí)際場景進(jìn)行多參數(shù)聯(lián)合調(diào)控的系統(tǒng)性探討，制約了其在復(fù)雜火災(zāi)中的應(yīng)用。

（二）國外研究進(jìn)展

細(xì)水霧技術(shù)在國外的研究起步較早，尤其在滅火機(jī)理與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著高壓細(xì)水霧技術(shù)的不斷完善，其在復(fù)雜火災(zāi)場景中的應(yīng)用逐漸被廣泛驗(yàn)證。國外研究主要集中在細(xì)水霧的滅火效能、系統(tǒng)優(yōu)化及智能化發(fā)展方向，形成了較為系統(tǒng)的理論框架和實(shí)踐基礎(chǔ)。國外實(shí)驗(yàn)廣泛驗(yàn)證了細(xì)水霧在高溫條件下的熱物理特性，特別是吸熱冷卻和氧氣稀釋作用的效率。一些研究表明，在開放式火災(zāi)場景中，細(xì)水霧能夠通過蒸發(fā)吸收高達(dá)火焰總熱量的40%，顯著降低火源溫度并有效抑制燃燒反應(yīng)。細(xì)水霧在阻斷熱輻射傳遞方面的性能也得到了詳細(xì)探討。粒徑在100微米以下的水霧能夠衰減火焰輻射強(qiáng)度近60%，對周圍燃料的熱反饋?zhàn)饔蔑@著降低。在實(shí)際應(yīng)用中，國外已經(jīng)成功地將細(xì)水霧系統(tǒng)應(yīng)用于隧道火災(zāi)、船舶防火和石化設(shè)施等領(lǐng)域。細(xì)水霧在高通風(fēng)條件下的滅火效率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，其靈活性和資源節(jié)約能力備受認(rèn)可[14]。然而，這些研究在設(shè)備適配性與成本優(yōu)化方面探索較少，難以滿足大規(guī)模火災(zāi)的經(jīng)濟(jì)性和便捷性需求。對于特殊場景如電纜火災(zāi)的細(xì)化研究仍顯不足，尤其是針對隱蔽火源和延遲復(fù)燃問題的有效應(yīng)對策略。國外研究為細(xì)水霧技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，其局限性也為深入研究提供了重要啟示。

三、技術(shù)優(yōu)化與未來研究方向

（一）噴射系統(tǒng)的優(yōu)化

噴射系統(tǒng)的優(yōu)化是提升細(xì)水霧滅火效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響霧滴的粒徑分布、噴射速度和覆蓋范圍。噴嘴設(shè)計(jì)在優(yōu)化中占據(jù)核心地位，不同形狀和孔徑的噴嘴能夠產(chǎn)生多種霧化模式，從而影響霧滴的分布均勻性和穿透能力。采用多孔旋轉(zhuǎn)噴嘴可以顯著提高霧化效果，使粒徑更接近于最佳滅火范圍（50微米至200微米），從而增強(qiáng)對高溫氣流的冷卻和對火焰的穿透能力[15]。噴射壓力的調(diào)控是系統(tǒng)優(yōu)化的另一個(gè)重要方面。高壓噴射能夠賦予霧滴更大的動(dòng)量，使其在復(fù)雜環(huán)境中穿透障礙物并快速填充燃燒區(qū)域。然而，過高的壓力可能導(dǎo)致霧滴聚合，降低比表面積和滅火效率。因此，噴射壓力應(yīng)根據(jù)火災(zāi)規(guī)模和場景需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)最佳效果。噴射系統(tǒng)的覆蓋范圍優(yōu)化還需考慮噴射角度和噴頭布置。通過合理設(shè)計(jì)噴頭分布，可以形成更均勻的霧化覆蓋，尤其在復(fù)雜的電纜火災(zāi)場景中能夠有效減少隱蔽區(qū)域的火焰殘留。對系統(tǒng)參數(shù)的科學(xué)調(diào)整與噴嘴技術(shù)的改進(jìn)，為細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在多種火災(zāi)場景中的高效應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)保障。

（二）多元滅火技術(shù)的結(jié)合

多元滅火技術(shù)的結(jié)合是提升復(fù)雜火災(zāi)場景滅火效率的重要策略。細(xì)水霧作為高效滅火技術(shù)，可與氣體滅火系統(tǒng)、超細(xì)粉體等技術(shù)協(xié)同使用，在多災(zāi)害場景中形成互補(bǔ)優(yōu)勢。超細(xì)粉體滅火技術(shù)在中斷化學(xué)燃燒鏈條方面展現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)勢，與細(xì)水霧相結(jié)合能夠提升抑制燃燒反應(yīng)的效率。細(xì)水霧通過濕潤和冷卻作用減少燃燒熱反饋，為超細(xì)粉體創(chuàng)造更穩(wěn)定的滅火環(huán)境。在通風(fēng)條件較好的場景中，細(xì)水霧可以通過高速噴射將粉體帶入火焰核心區(qū)域，提高滅火效率。

（三）智能化與自動(dòng)化滅火系統(tǒng)

智能化與自動(dòng)化滅火系統(tǒng)是細(xì)水霧技術(shù)未來發(fā)展的重要方向。通過集成傳感器網(wǎng)絡(luò)與人工智能技術(shù)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展及燃燒特性，自動(dòng)調(diào)整噴射參數(shù)和覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)滅火。智能化控制不僅提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還優(yōu)化了細(xì)水霧的使用，有效減少資源浪費(fèi)。自動(dòng)化系統(tǒng)能夠根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)變化，實(shí)施自適應(yīng)策略，調(diào)整噴射力的大小和方向，保證在復(fù)雜火災(zāi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。智能化與自動(dòng)化的結(jié)合使細(xì)水霧滅火系統(tǒng)更加靈活、高效，為現(xiàn)代消防體系提供了重要的技術(shù)支持。

結(jié)語

細(xì)水霧技術(shù)以其高效冷卻、稀釋氧氣和衰減熱輻射等多重機(jī)理，在電纜火災(zāi)中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。然而，當(dāng)前研究在復(fù)雜火災(zāi)場景的適應(yīng)性與智能化方面仍有不足。未來，需進(jìn)一步深化理論探索，完善技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)細(xì)水霧在實(shí)際消防領(lǐng)域的全面發(fā)展，以提升火災(zāi)控制效率和安全保障能力。

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