地下车库新能源车火灾细水雾抑制性能优化研究

本研究针对地下车库等密闭空间中锂离子电池（LIB）火灾的安全隐患，通过Fire Dynamics Simulator（FDS）软件模拟与实验验证相结合，系统探究了细水雾系统对新能源车（NEVs）火灾的温度调控与CO浓度抑制机制。研究发现，当水雾流量17 L/min、流速9.5 m/s时，温度与CO浓度最大降幅分别达535℃和202 ppm，为地下车库消防系统参数优化提供了理论依据，具有显著工程应用价值。

　　

随着全球清洁能源需求增长，新能源车（NEVs）作为传统内燃机车的替代方案迅速普及。锂离子电池（Lithium-ion batteries, LIBs）因其高能量密度和长循环寿命成为主流动力源，但其热失控（thermal runaway）引发的火灾风险在密闭空间（如地下车库）尤为突出。这类火灾不仅蔓延迅速，还会释放大量CO等有毒气体，而现有研究对细水雾（fine water mist）系统参数与灭火效率的关联机制尚未阐明。

为解决这一难题，河南理工大学等机构的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表论文，通过Fire Dynamics Simulator（FDS）软件构建了NEVs火灾模型，结合实验数据验证，系统分析了水雾流量（16-18 L/min）和流速（9-10 m/s）对温度与CO浓度的抑制效果。研究发现，细水雾通过双重机制发挥作用：高速雾滴穿透火焰层直接冷却电池模块，同时水汽化吸热降低环境温度。

关键技术方法
研究采用FDS软件建立NEVs简化模型（尺寸4200×1500×1700 mm³），基于市场主流磷酸铁锂电池（LiFePO₄, LFP）参数设置电池模块，通过对比模拟与实验数据验证模型可靠性。采用控制变量法测试不同水雾参数组合，监测温度场和CO浓度变化。

研究结果

1. 燃烧过程分析：LFP电池热失控持续10-30分钟，初期（0-120 s）温度骤升，伴随大量烟雾；中期（120-600 s）出现火焰喷射，CO浓度峰值达800 ppm。
2. 温度抑制效果：水雾流量16 L/min、流速9 m/s时，舱内温度降幅最大（535℃），因雾滴充分覆盖燃烧面阻断热量传递。
3. CO控制机制：流量18 L/min、流速10 m/s时CO抑制最佳，水雾与燃烧产物反应生成CO₂，浓度降低202 ppm。

结论与意义
该研究明确了细水雾系统对LIB火灾的协同抑制机制：物理冷却（降低温度场）与化学作用（转化毒性气体）。提出的参数优化方案（17 L/min, 9.5 m/s）可同时实现温度与CO控制，为地下车库消防设计提供了量化标准。相较于传统喷淋系统，细水雾减少30%-50%长期运维成本，兼具环境友好性与设备保护优势，对提升NEVs密闭空间火灾防控能力具有重要实践价值。