消防水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

消防水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一頁，共49頁。主要內(nèi)容：一、水的性質(zhì)二、水的滅火作用三、消防射流第二頁，共49頁。消防水力學(xué)是研究消防給水實(shí)踐中水的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué)，消防水力學(xué)的任務(wù)是應(yīng)用流體力學(xué)的基本理論，加上火場滅火供水經(jīng)驗(yàn)和消防水力試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、公式來解決消防給水實(shí)踐中的實(shí)際問題。第三頁，共49頁。一、水的性質(zhì)第四頁，共49頁。（一）水的基本特性水有三種狀態(tài)：固體、液體和氣體。液體和固體的主要區(qū)別是液體容易流動(dòng)，液體與氣體的主要區(qū)別是液體體積不易壓縮。水在常溫下為液體，在常壓下，水溫超過100℃時(shí)，蒸發(fā)成氣體，水溫下降到0℃時(shí)，即凝結(jié)成固體稱為冰。第五頁，共49頁。1、水的比熱容大水溫升高1℃，單位體積的水需要吸收的熱量，稱為比熱容。水的比熱容是4200J/L。水的比熱容大，因而用水滅火，冷卻效果好。2、水的汽化熱高單位體積的水由液體變成氣體需要吸收的熱量稱為汽化熱。水的汽化熱是2264kJ/L，水的汽化熱很大，將水噴到火源處，使水迅速汽化成蒸氣，具有良好的冷卻降溫作用。3、水結(jié)冰體積增大純凈的水當(dāng)溫度下降到0℃時(shí)，開始凝結(jié)成冰。第六頁，共49頁。（二）水的主要物理性質(zhì)1、密度和容重液體單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱為密度，水在4℃時(shí)，其密度是1000kg/m3。液體單位體積內(nèi)所具有的重量稱為容重，又叫重度，水在4℃時(shí)，其重度是9807N/m3。第七頁，共49頁。2、粘滯性粘滯性在液體靜止或平衡時(shí)是不顯示作用的。由于水在管道或水帶內(nèi)流動(dòng)要克服粘滯力，因此，會(huì)產(chǎn)生水頭損失。3、壓縮性水的體積隨壓力增加而減小的性質(zhì)稱為水的壓縮性。通常情況下，把水看成是不可壓縮的液體。4、膨脹性水的體積隨水溫升高而增大的性質(zhì)稱為水的膨脹性。在消防設(shè)計(jì)和火場供水中水的膨脹性可不考慮。第八頁，共49頁。5、溶解性溶質(zhì)在水中的擴(kuò)散稱為溶解。用水可以撲滅易溶于水的固體物質(zhì)火災(zāi)；用水可以撲救比水重且不溶于水的可燃液體，如CS2火災(zāi)；用水可以稀釋溶于水的可燃液體，使火災(zāi)得到控制或撲滅。6、導(dǎo)電性在火場上，射水滅火時(shí)，應(yīng)注意防止觸電，噴霧水槍可以用來撲救高壓電氣火災(zāi)，但要有一定的安全距離。第九頁，共49頁。7、水壓與水錘作用水壓是指水對容器壁和底部的壓力，單位N。壓強(qiáng)是指單位面積上所受到的壓力作用，單位N/m2或pa。消防習(xí)慣上講的壓力不是對容器的壓力,而是壓強(qiáng)。壓強(qiáng)單位：工程單位制，大氣壓（at），千克/厘米2(kg/cm2),毫米汞柱(mmHg)，米水柱（mH2O）；國際單位制，兆帕（Mpa），帕（pa），牛頓/米2(N/m2),巴(bar)。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=10.33mH2O1工程大氣壓=736mmHg=1kg/cm2=10mH2o=0.1Mpa=105pa消防上常用工程大氣壓。第十頁，共49頁。水錘作用是指有壓力的水在消防管道、水帶內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于消防閥門、消火栓和水槍的迅速關(guān)閉或車輛碾壓水帶等作用，使管道、水帶內(nèi)水流瞬時(shí)改變流速，造成水壓急速升高的現(xiàn)象。由于水錘作用可以使管道、水帶內(nèi)的壓力增大到正常壓力的幾倍、幾十倍甚至上百倍，極易導(dǎo)致管道水帶破裂，造成供水中斷。水錘按閥門和水槍關(guān)閉時(shí)間長短分為完全水錘和不完全水錘兩種。當(dāng)關(guān)閉時(shí)間t≤2L/a時(shí),稱為完全水錘或直接水錘,式中L—管道或水帶的長度,m，a—沖擊波傳遞速度,m/s,直徑≤0.2m的鑄鐵管a=1200m/s，直徑＞0.2m的鑄鐵管a=1435m/s，新水帶a=80m/s,舊水帶a=120m/s；當(dāng)關(guān)閉時(shí)間t＞2L/a時(shí)，稱為不完全水錘或間接水錘。第十一頁，共49頁。由此可見，水錘作用與管道、流速、長度有關(guān)，特別是關(guān)閉閥門、水槍的時(shí)間影響很大。在火場供水中，由于水錘的作用，常引起水帶的破裂，造成火場供水中斷，火勢擴(kuò)大，因此，在關(guān)閉管道閥門、水槍、分水器、駕駛員加壓時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，以防止或減少水錘的破壞作用，同時(shí)還應(yīng)防止車輛跨壓充水的火場水帶供水線路。第十二頁，共49頁。（三）水的化學(xué)性質(zhì)1、水的分解2H２Ｏ＝２Ｈ２↑＋Ｏ２↑２、水的化學(xué)反應(yīng)（1）水與活潑金屬反應(yīng)２Ｎa+2H２O=2ＮaＯＨ＋Ｈ２↑＋Q（2）水與金屬粉末反應(yīng)Zn+H２O=ZnＯ＋Ｈ２↑（3）水與金屬氫化物反應(yīng)NaH+H２O=ＮaＯＨ＋Ｈ２↑＋Q（4）水與金屬硅化物反應(yīng)Mg2Si+4H２O=2Mg(ＯＨ)2＋SiＨ4第十三頁，共49頁。（5）水與金屬碳化物反應(yīng)CaC2+2H２O=Ca(ＯＨ)2＋C2Ｈ２↑＋Q（6）水與硼氫類物質(zhì)反應(yīng)B２H6+6H２O=2H２BO3+6Ｈ２↑＋Q（7）水與金屬磷化物反應(yīng)Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3↑＋Q由此可見，水與某些化學(xué)物質(zhì)接觸，有可能發(fā)生自燃，釋放出易可燃?xì)怏w和大量熱量以及有毒氣體，從而引起燃燒或爆炸。因此，凡與水接觸能引起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)嚴(yán)禁用水撲救?？捎酶缮?、7150滅火劑撲救。第十四頁，共49頁。二、水的滅火作用第十五頁，共49頁。1、冷卻作用2、窒息作用在一般情況下，空氣中含有35%體積的水蒸汽時(shí)，燃燒就會(huì)停止。3、稀釋作用4、分離作用，又稱為水力沖擊作用5、乳化作用水的主要滅火作用是冷卻作用。第十六頁，共49頁。三、消防射流第十七頁，共49頁。（一）消防射流類型消防射流是指滅火時(shí)由消防射水器具噴射出來的高速水流。常見的射流類型有密集射流和分散射流兩種類型。第十八頁，共49頁。1、密集射流高壓水流經(jīng)過直流水槍噴出，形成結(jié)實(shí)的，水滴粒徑大于1000um的射流稱為密集射流。密集射流耗水量大，射程遠(yuǎn)，沖擊力大，機(jī)械破壞力強(qiáng)。建（構(gòu)）筑物室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)中配備的直流水槍和消防車上使用的直流水槍，都是以密集射流撲救火災(zāi)。第十九頁，共49頁。2、分散射流高壓水流經(jīng)過離心作用、機(jī)械撞擊或機(jī)械強(qiáng)化作用使水流分散成點(diǎn)滴狀態(tài)離開消防射水器具，形成擴(kuò)散狀或幕狀射流稱為分散射流。分散射流根據(jù)其水滴粒徑大小又分為噴霧射流和開花射流兩種類型。第二十頁，共49頁。（1）噴霧射流。水滴粒徑平均小于100um的分散射流，稱為噴霧射流。噴霧射流由噴霧水槍產(chǎn)生。噴霧射流的特點(diǎn)是控制面積大，用水量省，燃燒區(qū)蒸汽濃度大，吸收大量汽化熱，隔絕空氣，降低空氣中含氧量，有良好的冷卻和窒息作用，同時(shí)，水漬損失小，除煙效果好。（2）開花射流。分散射流時(shí)，水滴平均粒徑在100um~1000um之間，用來降低熱輻射的傘形水射流，稱為開花射流。開花射流由開花水槍或多用水槍產(chǎn)生。第二十一頁，共49頁。（二）消防射水器具消防射水器具是把水按需要的形狀有效地噴射到燃燒物上的滅火器具，包括消防水槍和消防水炮。第二十二頁，共49頁。水槍（Q）第二十三頁，共49頁。脈沖水槍多用水槍噴霧水槍直流水槍第二十四頁，共49頁。第二十五頁，共49頁。1、水槍的分類（1）按射水水流形態(tài)分為：直流水槍（水滴粒徑d＞1000um）；開花水槍（水滴粒徑d在100um~1000um之間）；噴霧水槍（水滴粒徑d＜100um）。（2）按操作方式分為：手持式水槍（水槍噴嘴口徑≤19mm）；帶架式水槍（水槍噴嘴口徑＞19mm）。（3）按水槍功能分為：常規(guī)水槍；多用水槍（多用水槍既可噴射直流，又可噴射霧狀射流，有的還可噴射水幕，對火場需要適應(yīng)性強(qiáng)）。（4）按壓力分為：低壓水槍（工作壓力在0.2~1.6Mpa之間）；中壓水槍（工作壓力在1.6~2.5Mpa之間）；高壓水槍（工作壓力在2.5~4.0Mpa之間）；超高壓水槍（工作壓力＞4.0Mpa）第二十六頁，共49頁。2、直流水槍（1）直流水槍的分類。直流水槍是一種噴射密集充實(shí)水流的水槍，在滅火中，主要使用直流水槍，具有射程遠(yuǎn)、水量大，沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。直流水槍又可分為普通直流水槍和開關(guān)式直流水槍兩種。常用的直流水槍噴嘴口徑有13mm、16mm、19mm三種。第二十七頁，共49頁。（2）直流水槍的使用。直流水槍的反作用力是指水槍射水時(shí)的后座力，水槍射流的反作用力，與射流方向相反，力的大小與射流噴出的作用力相等，射流的能量越大，產(chǎn)生的反作用力越大。因此，如變更射流方向時(shí)應(yīng)緩慢操作；使用開關(guān)式直流水槍時(shí)，開關(guān)動(dòng)作應(yīng)緩慢進(jìn)行，以免產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，造成水帶爆破或影響消防員安全。第二十八頁，共49頁。（3）水槍充實(shí)水柱火場上水槍的充實(shí)水柱又叫水槍的有效射程，是針對直流水槍的密集射流而言的。充實(shí)水柱是這樣定義的：手持式直流水槍，由水槍噴嘴起至射流90%的水柱水量穿過直徑為38cm圓孔處的一段射流長度稱為充實(shí)水柱。帶架式直流水槍，由水槍噴嘴起至射流90%的水柱水量穿過直徑為125cm圓孔處的一段射流長度稱為充實(shí)水柱。通常情況下，水槍充實(shí)水柱是針對手持式直流水槍而言的，用SK表示。第二十九頁，共49頁。撲滅不同建筑物火災(zāi)對水槍充實(shí)水柱的要求不同：對于建筑高度不超過100m的高層民用建筑，SK不應(yīng)小于10m；高層工業(yè)建筑和建筑高度超過100m的高層民用建筑，SK不應(yīng)小于13m；甲乙類廠房、層數(shù)超過6層的公共建筑和層數(shù)超過4層的廠房（倉庫），SK不應(yīng)小于10m；高架倉庫和體積大于25000m3的商店、體育館、會(huì)堂、展覽建筑，車站、碼頭、機(jī)場建筑等，SK不應(yīng)小于13m；一般性的低層建筑，SK不應(yīng)小于7m；地下工程SK不應(yīng)小于10m；停車庫、修車庫，SK不應(yīng)小于10m；撲滅室外火災(zāi)，SK應(yīng)為10~15m；撲滅易可燃液體油罐火災(zāi)，石油化工火災(zāi)，SK不應(yīng)小于17m。在火場上，最常用的SK為10~15m之間。第三十頁，共49頁。（4）水槍的水力性能

水槍的水力性能是指水槍噴嘴壓力hq與射水量Q、有效射程SK之間的關(guān)系。

火場上常采用19mm直流水槍，幾種常用的有效射程與水槍噴嘴壓力、射水量的技術(shù)數(shù)據(jù)是：SK(m)hq(104Pa)Q(L/s)1013.54.61320.55.715276.51735.57.5第三十一頁，共49頁。（5）水槍的控火能力①水槍的控制面積水槍的控制面積按下式計(jì)算：A=Q/q式中：A——每支水槍的控制面積，m2；Q——每支水槍的流量，L/s；q——滅火用水供給強(qiáng)度，L/s·m2，q一般取0.12~0.2L/s·m2。第三十二頁，共49頁。例，當(dāng)火場有效射程為15m時(shí)，問一支19mm直流水槍的控火面積是多少m2？解：19mm直流水槍，SK=15m，Q=6.5L/s當(dāng)q=0.12L/s.m2時(shí)，A=Q/q=6.5/0.12=54m2當(dāng)q=0.2L/s.m2時(shí)，A=Q/q=6.5/0.2=32.5m2為便于應(yīng)用，當(dāng)建筑物內(nèi)可燃物數(shù)量較少（火災(zāi)荷載密度G≤50Kg/m2）時(shí)，一支19mm直流水槍控制面積可按50m2估算；當(dāng)建筑物內(nèi)可燃物數(shù)量較多（火災(zāi)荷載密度G＞50Kg/m2）時(shí)，一支19mm直流水槍控制面積可按30m2估算。因此，一支19mm直流水槍的控火面積按30~50m2估算。第三十三頁，共49頁。②水槍的控制周長水槍的控制周長按下式計(jì)算：L=Q/q式中：L——每支水槍的控制周長，m；Q——每支水槍的流量，L/s；q——滅火用水供給強(qiáng)度，L/s.m，q一般取0.4~0.8L/s.m。通過計(jì)算，一支19mm直流水槍的控火周長為8~16m，一般按10~15m估算。根據(jù)火場燃燒面積或燃燒周長和水槍的控制面積或控制周長，可以確定水槍數(shù)量，進(jìn)而確定消防車數(shù)量。第三十四頁，共49頁。3、噴霧水槍噴霧水槍是一種噴射霧狀射流的消防水槍。噴霧水槍的特點(diǎn)是：比密集充實(shí)射流有更好的冷卻和窒息效果，對可燃液體及氣體有吹滅和乳化作用，有良好的隔絕熱輻射效果和電絕緣性能，有強(qiáng)烈的驅(qū)散煙氣能力。該水槍適用于撲救建筑物室內(nèi)火災(zāi)，帶電設(shè)備火災(zāi)，可燃粉塵火災(zāi)及部分可燃液體和氣體火災(zāi)等，還可稀釋濃煙及可燃?xì)怏w和氧氣的濃度。（1）噴霧水槍的分類噴霧水槍分為離心式噴霧水槍、機(jī)械撞擊式噴霧水槍和簧片式噴霧水槍三種。第三十五頁，共49頁。（2）噴霧水槍的使用a.合理確定噴霧角度。撲救一般火災(zāi)時(shí)，可取30~50°，增加射程。撲救強(qiáng)酸、堿等化工原料及粉狀可燃物時(shí)，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大噴霧角，減少?zèng)_擊力，防止飛濺事故的發(fā)生。b.撲救液體流淌火災(zāi)時(shí)，應(yīng)有一定的俯射角，并以先近后遠(yuǎn)的順序向前推進(jìn)。c.撲救大面積可燃液體火災(zāi)初期，為防止水流夾帶大量氣流進(jìn)入引起擾動(dòng)，引起熱輻射強(qiáng)度增加，應(yīng)注意消防員的隔熱防護(hù)。第三十六頁，共49頁。4、開花直流水槍開花直流水槍是一種噴射直流水流和開花水流的水槍。由于開花直流水槍可以單獨(dú)或同時(shí)噴射密集充實(shí)射流和傘形開花射流，常在火場中以傘形開花射流隔離熱輻射，掩護(hù)消防員進(jìn)入火場接近火源，以密集射流撲救一般固體物質(zhì)火災(zāi)或冷卻保護(hù)其他物質(zhì)。第三十七頁，共49頁。5、多用水槍多用水槍既可噴射密集射流，又可噴射霧狀射流，有的還可噴射水幕，而且?guī)追N射流可以互換，組合使用，機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)，對火場需要適應(yīng)性好。多用水槍最好不要用于撲救帶電設(shè)備火災(zāi)，以免誤操作造成傷害。6、脈沖水槍脈沖水槍是一種新型水槍，它主要由脈沖水槍、高壓氣瓶、貯水罐等部件組成，有效射程＞10m。其水漬損失小、用水量省、滅火效率高，可以噴射超細(xì)水霧，主要撲救初起、小面積的A、B、C類火災(zāi)、交通工具火災(zāi)和電氣設(shè)備火災(zāi)。第三十八頁，共49頁。7、水炮（SP）、泡沫炮（PP）水炮泡沫炮第三十九頁，共49頁。習(xí)慣上將流量＞16L/s的射水設(shè)備定義為消防水炮。消防水炮一般安裝在消防車、消防艇上或油罐區(qū)、港口碼頭、大空間等場所。當(dāng)發(fā)生大規(guī)模、大面積火災(zāi)時(shí)，由于強(qiáng)烈的熱輻射和濃煙使消防員難以接近火源實(shí)施射水活動(dòng)，或遇大風(fēng)消防水槍射流會(huì)被沖散，在這些情況下，需要采用流量大、有效射程遠(yuǎn)的消防水炮進(jìn)行滅火。第四十頁，共49頁。（1）消防水炮的構(gòu)造消防水炮由操縱手柄、臺(tái)座、回轉(zhuǎn)鎖定柄、雙分水管、射水口集水彎管、可調(diào)節(jié)噴頭、雙手柄、壓力表等組成。（2）消防水炮的分類消防水炮按安裝方式分為固定式、車載式和移動(dòng)式水炮三種類型；按控制方式可分為手動(dòng)消防水炮、電控消防水炮和液控消防水炮三種類型。第四十一頁，共49頁。（3）消防水炮的性能參數(shù)PSD40型移動(dòng)式水炮工作壓力8x105pa，壓力范圍5~10x105pa，流量0~40L/s，直流射程≥60m，霧化角0~110°，水平回轉(zhuǎn)角360°，最大仰角75°。SP32型水炮系利用操縱桿控制俯仰和水平旋轉(zhuǎn)，它既可裝載于消防車上，也可固定于滅火系統(tǒng)上。額定工作壓力1.2Mpa，出水口徑有22、28、35mm,流量分別為22、28、35L/s，射程＞50ｍ，仰角7０°，俯角20°，水平旋轉(zhuǎn)360°。第四十二頁，共49頁。消防水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)題第四十三頁，共49頁。一、判斷題1、水有三種狀態(tài)：固體、液體和氣體。液體和固體的主要區(qū)別是液體容易流動(dòng)，液體與氣體的主要區(qū)別是液體體積不易壓縮。（√）2、水溫升高1℃，單位體積的水需要的熱量，稱為比熱容。（×）需要吸收的熱量3、水的比熱容比其他液體的比熱容都要小。（×）大4、單位體積的水由液體變成氣體需要吸收的熱量稱為汽化熱。（√）5、純凈的水當(dāng)溫度下降到4℃時(shí)，開始凝結(jié)成冰。（×）0℃第四十四頁，共49頁。6、液體單位體積內(nèi)所具有的重量稱為密度。（×）質(zhì)量7、液體單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱為容重。（×）重量8、水結(jié)成冰，由液體狀態(tài)變成固體狀態(tài)，水分子間的距離減小，因而體積隨之減小。（×）距離增大，體積增大9、處于流動(dòng)狀態(tài)的水不易結(jié)冰，因此，為不使水帶內(nèi)的水凍結(jié)成冰，在冬季火場上，當(dāng)消防隊(duì)員需要轉(zhuǎn)移陣地時(shí)不要關(guān)閉水槍。（√）10、粘滯性在液體靜止時(shí)是不顯示作用的。（√）11、粘滯性是水在管道或水帶內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。（√）12、水的體積隨壓力減小而增加的性質(zhì)稱為水的壓縮性。（×）壓力增加而減小第四十五頁，共49