消防水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（2013版）

1、,消防水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 廊坊市冀通消防培訓(xùn)學(xué)校 曹軍英,第一節(jié) 水的性質(zhì),第二節(jié) 水的滅火作用,第三節(jié) 消防射流,學(xué) 習(xí) 提 綱,授課主要內(nèi)容及目的,1、掌握水的性質(zhì)，包括水的基本特性、主要物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)。 2、掌握水的滅火作用：冷卻、窒息、稀釋、分離以及乳化作用。 3、學(xué)習(xí)消防射流定義、類型，常用的消防射水器具。 4、掌握消防水力學(xué)基本知識(shí)習(xí)題。,第一節(jié) 水的性質(zhì),水是無嗅無味的液體，是人類賴以生存的基本物質(zhì)。它取用方便，分布廣泛，同時(shí)由于水在化學(xué)上呈中性，無毒，且冷卻效果非常好，因此水是最常用、最主要的滅火劑。 一、水的基本特性 水有三種狀態(tài)：固體、液體和氣體。液體與固體的主要區(qū)別是液體

2、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)為水蒸氣，溫度等于或低于0 ，凝結(jié)成固體稱為冰。 (一)水的比熱容 水溫升高1時(shí)， 單位體積的水需要吸收的熱量，稱為比熱容。若將水的比熱作為1，則其他液體的比熱容均小于1，水比任何液體的比熱容都大。1L水溫度升高1 ，需要吸收4200J的熱量。若將1L常溫的水（20 ）噴灑到火源處，使水溫升高到100 ，則要吸收熱量336KJ。水的比熱容大，因而用水滅火、冷卻效果最好。,(二）水的汽化熱 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。水的汽化熱很大，1L100，變成100的水蒸氣，需要吸

3、收吸收2264KJ的熱量。因此，將水噴灑到火源處，使水迅速汽化成蒸汽，具有良好的冷卻降溫作用。同時(shí)，水變成蒸汽時(shí)體積擴(kuò)大。1L水變成水蒸氣后體積擴(kuò)大1725倍，且水蒸氣是惰性氣體，占據(jù)燃燒區(qū)空間，具有隔絕空氣的窒息滅火作用。試驗(yàn)得知，水蒸氣占燃燒區(qū)的體積達(dá)35時(shí)，火焰就將熄滅。 (三）水的冰點(diǎn) 純凈的水溫度下降到0時(shí)，開始凝結(jié)成冰。水結(jié)成冰時(shí)，釋放出溶解熱335KJ/L。水結(jié)成冰，由液體狀態(tài)變成固體狀態(tài)，水分子間距離增大，因而體積隨之?dāng)U大。因此，對(duì)消防給水管道和儲(chǔ)水容器在冬季進(jìn)行保溫，防止結(jié)冰，以免水結(jié)成冰時(shí)體積擴(kuò)大，致使消防設(shè)備損壞。 處于流動(dòng)狀態(tài)的水不易結(jié)冰，因?yàn)樗牟糠謩?dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。因

4、此，為了不使水帶內(nèi)結(jié)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。若需要關(guān)閉時(shí)，應(yīng)關(guān)小射流，使水仍處于流動(dòng)狀態(tài)。,第一節(jié) 水的性質(zhì),水蒸氣,冰,第一節(jié) 水的性質(zhì),二、水的主要物理性質(zhì) 水的平衡和運(yùn)動(dòng)，除了與作用于液體的外界因素有關(guān)外，更重要的是取決于水本身的物理性質(zhì)。在水力學(xué)中，與水運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理性質(zhì)主要有以下方面。 （一）密度和容重 單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱為密度，單位體積內(nèi)所具有的重量為容重。不同液體的密度和容重各不相同、同一種液體的密度和容重又隨溫度和壓強(qiáng)而變化，相同的溫度和壓力，同一種液體的密度是一樣的。在正常大氣壓強(qiáng)條件下，水在不同溫度時(shí)的容重見表4-1。水在4時(shí)容重最大

5、，此時(shí)1L純凈的水重1KG。 表4-1 水在不同溫度時(shí)的容重,第一節(jié) 水的性質(zhì),質(zhì)量和重量的區(qū)別： 所謂質(zhì)量，從定義上來看就是物質(zhì)的量，一個(gè)物體確定之后，它所包含的物質(zhì)的量就恒定了，不管它處于那種狀態(tài)（固、液、氣、等離子），只要不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，它的質(zhì)量不變，這就是所謂的質(zhì)量守恒定理。 所謂重量，就是指一個(gè)物體所受到的重力的量，同一件物體，其質(zhì)量是恒定的，但在地球不同緯度的地方，由于所受的重力不同（地球表面重力加速度并不是處處相等），反映出來的重量也就不同。月球重量是地球的大約六分之一，所以同一物體在月球上的重量為地球的1/6。如重量60N的人到了月球，重量就變?yōu)?0N了，但他的質(zhì)量是不變的，因

6、為月球上的引力比地球小。,第一節(jié) 水的性質(zhì),(二)粘滯性 當(dāng)水在流動(dòng)時(shí)，水分子之間、水分子與固體壁面之間的作用力顯示為對(duì)流動(dòng)的阻抗作用，即顯示出所謂粘滯性阻力（內(nèi)摩擦阻力），水的這種阻抗變形運(yùn)動(dòng)的特性就稱為粘滯性。需要說明的是當(dāng)液體運(yùn)動(dòng)一旦停止，這種阻力就立即消失。因此，粘滯性在液體靜止或平衡時(shí)是不顯示作用的。 （三）壓縮性 在密閉容器內(nèi)液體表面上，用活塞加壓，液體就受到壓力，受壓后的液體體積要縮小。液體的體積隨壓力增加而減小的性質(zhì)稱為液體的壓縮性。液體的特點(diǎn)是壓縮性很小。根據(jù)試驗(yàn)，把溫度為20在0.1MPa壓力作用下的水體積為1，不同壓力時(shí)的水體積如表4-2。 表4-2 溫度為20不同壓力時(shí)

7、的水體積,第一節(jié) 水的性質(zhì),從表中可以看出，水體積變化不大。因此，在一般計(jì)算中，通常把水看成是不可壓縮的液體。即認(rèn)為水的密度P和容重y為一常數(shù)，但個(gè)別特殊情況，液體的壓縮性不能忽略。如水槍上的開關(guān)突然關(guān)閉時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種水擊現(xiàn)象，在研究這個(gè)問題時(shí)，就必須考慮液體的壓縮性。 （四）膨脹性 水的體積隨水溫升高而增大的性質(zhì)為水的膨脹性。根據(jù)試驗(yàn)，10-20的水在常壓下，水溫升高1，體積增加萬分之一點(diǎn)五，其體積變化較小。總的來說水的膨脹性很小。 （五）溶解性 溶質(zhì)在水中的擴(kuò)散稱為溶解。物質(zhì)能否在水中溶解，與物質(zhì)分子的極性有關(guān)。凡是由極性分子或者水分子結(jié)構(gòu)相似的分子組成的物質(zhì)均易溶于水，如食鹽、糖、丙酮、

8、乙醚、乙醇等。與水分子極性不同的物質(zhì)不易溶于水或者不溶于水，如：汽油、煤油、柴油、苯等。 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，也可以稀釋溶于水的可燃液體。 （六）水的導(dǎo)電性 水的導(dǎo)電性能與水的密度、射流形式等有關(guān)。水中含有雜質(zhì)越多，電阻率越小，導(dǎo)電性能越大。純凈水電阻率很大，為不良導(dǎo)體。天然水源一般都含有各種雜質(zhì)，因而被稱為良性導(dǎo)體。流散于地面上的水，均能導(dǎo)電，所以在火場上應(yīng)防止觸電。,第一節(jié) 水的性質(zhì),三、水的化學(xué)性質(zhì) （一）水的分解 水由氫、氧兩種元素組成?；饒錾系南浪淞饔|及高溫設(shè)備， 水滴瞬間汽化，體積突然擴(kuò)大，會(huì)造成物理性爆炸事故。當(dāng)水蒸氣

9、溫度繼續(xù)上升超過1500以上，水蒸氣將迅速分解為氫氣和氧氣 2H2O 高溫 2H2 + O2 +熱量 氫氣為可燃?xì)怏w，氧氣為助燃?xì)怏w，氫氣和氧氣相互混合，形成混合氣體，在高溫下極易發(fā)生化學(xué)性爆炸，其爆炸威力大，若無可靠的防范措施，就會(huì)造成火災(zāi)爆炸事故。 （二）水的化學(xué)反應(yīng) 水能與許多物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。 1.水與活潑金屬反應(yīng) 水與活潑金屬鋰、鉀、鈉、鍶、鉀鈉合金等接觸，將發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)： 2Na+2H2O 高溫 2NaOH + H2 +熱量 這些活潑金屬與水化合時(shí)，奪取水中的氧原子，放出氫氣和大量熱量，使釋放出來的氫氣與空氣中的氧氣相混合形成的爆炸性混合物，發(fā)生自燃或爆炸。,2.水與金屬粉末反應(yīng) 水

10、與鋅粉、鎂鋁粉相互混合的鎂鋁粉與水接觸，比水單獨(dú)與鎂粉或鋁粉接觸反應(yīng)強(qiáng)烈得多。 Mg(OH)2 + 2Al(OH)3 = Mg(AlO2)2 + 4H2O 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 +熱量 3.水與金屬氫氧化物反應(yīng) 水與氫化鋰、氫化鈉、四氫化鋰鋁、氫化鈣、氫化鋁等金屬氫化物接觸，氫化物中的金屬原子與水中的氧原子結(jié)合，則氫化物和水的氫原子放出，產(chǎn)生大量的氫氣，也會(huì)助長火勢(shì)。 4.水與硅金屬化合反應(yīng) 水與硅化鎂、硅化鐵等接觸，會(huì)釋放出自燃物四氫化硅： MgSi + 4H2O = 2Mg(OH)2 + SiH4 四氫化硅易與空氣中的氧反應(yīng)，發(fā)生自然 5.水與碳金屬反應(yīng)

11、水與碳化鈣、碳化鉀、碳化鋁等物質(zhì)接觸時(shí)，碳化物中的金屬原子與水中的氧原子結(jié)合，碳化物中的碳原子與水中的氫原子化合，發(fā)生易燃易爆的碳?xì)浠衔餁怏w，并釋放出大量熱量： CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 + 熱量,第一節(jié) 水的性質(zhì),第一節(jié) 水的性質(zhì),一企業(yè)鎂車間起火，發(fā)生多次爆炸,2010年6月9日3時(shí)26分，蘇州市工業(yè)園區(qū)某企業(yè)廢舊鎂鋁合金露天堆場發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)正在下雨，但水對(duì)鋁鎂合金火災(zāi)根本不起作用，當(dāng)時(shí)火場輻射熱非常強(qiáng)，撲救火災(zāi)的消防隊(duì)調(diào)集了黃沙、水泥進(jìn)行覆蓋窒息滅火才將火災(zāi)撲滅，1小時(shí)后火災(zāi)被有效控制，到早上7時(shí)50分大火基本被撲滅。經(jīng)調(diào)查，此起火災(zāi)源自鎂鋁合金

12、自燃，過火面積約200平方米，火勢(shì)很大，整個(gè)廠區(qū)有三分之二的區(qū)域被濃煙籠罩，廠區(qū)內(nèi)的視線也僅為10多米，空氣中彌漫著嗆人的硝煙味。燃燒的同時(shí)還發(fā)生爆炸，到處飛濺出鎂渣，而且落在地上還繼續(xù)燃燒，即使被雨水淋，依然放出火光。,第一節(jié) 水的性質(zhì),6.水與硼氫類物質(zhì)化學(xué)反應(yīng) 水與二硼氫、硼氫化鈉等接觸，釋放出氫氣和大量的熱量。 B2H6 + HO = 2H3BO3 + 6H2 + 熱量 7.水與磷化物發(fā)生反應(yīng) 水與磷化鈣、磷化鋅等接觸、生成磷化氫，磷化氫在空氣中能自燃。 Ca3P2+6H2o=3Ca(OH)2+2PH3 +熱量 由此可見，水與某些化學(xué)物質(zhì)接觸，有可能發(fā)生自燃，釋放出可燃?xì)怏w和大量以及有

13、毒氣體，從而引起燃燒或爆炸。因此，火場撲救過程中，應(yīng)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，采取相應(yīng)的滅火劑。凡是能與水接觸能引起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)嚴(yán)禁用水撲救。,第二節(jié) 水的滅火作用,根據(jù)水的性質(zhì)，水的滅火作用主要有以下幾種： 一、冷卻作用 由于水的比熱容大，汽化熱高，而且水具有良好的導(dǎo)熱性。因而，當(dāng)水與燃燒物質(zhì)接觸或流經(jīng)燃燒區(qū)時(shí)，將被加熱或汽化，吸收熱量，從而使燃燒區(qū)溫度大大降低，以致使燃燒中止。 二、窒息作用 水的汽化將在燃燒區(qū)產(chǎn)生大量水蒸氣占據(jù)燃燒區(qū)，可阻止新鮮空氣進(jìn)入燃燒區(qū)，降低燃燒區(qū)氧的濃度，使可燃物得不到氧的補(bǔ)充，導(dǎo)致燃燒強(qiáng)度減弱直至中止。 三、稀釋作用 水本身是一種良好的溶劑，可以溶解水溶性甲、乙、丙類液

14、體，如醇、醛、醚、酮、酯等。因此，當(dāng)此類物質(zhì)起火后，如果容器的容量允許或可燃物料流散，可以水予以稀釋。由于可燃物濃度降低而導(dǎo)致可燃蒸汽量減少，使燃燒減弱。當(dāng)可燃液體的濃度降到可燃濃度以下時(shí)，燃燒即行中止。,第二節(jié) 水的滅火作用,四、分離作用 經(jīng)滅火器具（尤其是直流水槍）噴射形成的水流具有很大的沖擊力，這樣的水流遇到燃燒物時(shí)，將使火焰產(chǎn)生分離，這種分離作用一方面使火焰“端部”得不到可燃蒸氣的補(bǔ)充，另一方面使火焰“根部”失去維持燃燒所需的熱量，使燃燒中止。 五、乳化作用 非水溶性可燃液體的初起火災(zāi)，在末形成熱波之前，以較強(qiáng)的水霧射流或滴狀射流滅火，可在液體表面形成“油包水”型乳液，乳液的穩(wěn)定程度隨

15、可燃液體粘度的增加而增加，重質(zhì)油品甚至可以形成含水油泡沫。水的乳化作用可使液體表面受到冷卻，使可燃蒸氣產(chǎn)生的速度降低，致使燃燒中止。 特別注意 雖然水是一種非常好的滅火劑，也是我們?nèi)粘；馂?zāi)最常用的滅火劑，但是水作為滅火劑也不是萬能的，以下火災(zāi)不能用水撲救：,第二節(jié) 水的滅火作用,1、帶電設(shè)備火災(zāi) 。電器發(fā)生火災(zāi)時(shí)，首先要切斷電源。在無法斷電的情況下千萬不能用水和泡沫撲救，因?yàn)樗团菽寄軐?dǎo)電。應(yīng)選用二氧化碳、1211、干粉滅火器或者干沙土進(jìn)行撲救，而且要與電器設(shè)備和電線保持2米以上的距離。 2、堿金屬（如鉀、鈉）火災(zāi)，不能用水撲救。因?yàn)樗鰤A金屬后，會(huì)發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)生成大量氫氣，釋放出大量的

16、熱，容易引起爆炸。 3、金屬碳化物火災(zāi)不能用水撲救。如碳化鈣（電石）遇水分解并釋放出大量的熱，易使燃燒擴(kuò)大或發(fā)生爆炸。 4、比水輕或不溶于水的易燃液體火災(zāi)，原則上是不可以用水撲救的（如汽油），但原油、重油可以用噴霧水流撲救。燃?xì)猓ㄈ缫夯蜌?、煤氣、天燃?xì)猓┗馂?zāi)，不能用水撲救，水是不能撲滅氣體火災(zāi)的。,第三節(jié) 消防射流,一、消防射流 （一）消防射流的含義 消防射流是指滅火時(shí)由射水器具噴射出來的高速水流。 （二）消防射流的類型 常見的射流類型有密集射流和分散射流兩種。 1.密集射流 （1）密集射流的定義 高壓水流經(jīng)過直流水槍噴出，形成結(jié)實(shí)的射流稱為密集射流。密集射流靠近水槍口處的射流密集而不散，

17、離水槍口較遠(yuǎn)處射流逐漸分散。密集射流耗水量更大，射程遠(yuǎn)。沖擊力大，機(jī)械破壞力強(qiáng)。 （2）密集射流適用范圍 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，都是密集射流撲救火災(zāi)。,第三節(jié) 消防射流,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)離開水槍，形成擴(kuò)散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。 (1)噴霧射流 分散射流時(shí)，水滴粒徑平均小于100um時(shí)，稱為噴霧水射流。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，有良好的降溫和窒息作用

18、，同時(shí)，水漬損失小，出煙效果好。噴霧射流適用于石油化工企業(yè)水幕分隔裝置的撲救等。 （2）開花射流 分散射流時(shí)，水滴直徑平均在100-1000um之間，稱為開花射流。開花射流的特點(diǎn)同噴霧射流，其適用于要求水漬損失小或缺水地區(qū)。,第三節(jié) 消防射流,二、消防射水器 消防射水器具是把水需要的形狀有效的噴射到燃燒物上的滅火器具，包括消防水槍和消防水炮。 （一）消防水槍 消防水槍根據(jù)射流形式和特征不同可分為直流水槍、噴霧水槍、多功能水槍等，其中常用水槍為直流水槍和噴霧水槍。 1.直流水槍 （1）直流水槍的分類和構(gòu)造 直流水槍分為普通直流水槍和開關(guān)式直流水槍。 直流水槍是由槍筒和噴嘴所組成。直流水槍密集射流

19、的質(zhì)量與水槍噴嘴有密切關(guān)系。直流水槍噴嘴一般采用具有向出口斷面方向收斂的圓錐體狀噴嘴。圓錐形噴嘴主要用途為增加水流的出口速度以形成動(dòng)能較大的射流，并使射流不分散。槍筒的構(gòu)造要求有良好的水力條件，為減少從水帶的水流渦流，迫使槍筒內(nèi)安裝穩(wěn)流器，使水流流過的截面積較小的孔洞，消除橫向水流和旋轉(zhuǎn)水流，迫使槍筒內(nèi)呈勻流狀態(tài)，以提高槍筒結(jié)構(gòu)的水力條件。,第三節(jié) 消防射流,常用的直流水槍噴嘴口徑有13mm、16mm、19mm三種。 （2）直流水槍的使用 使用直流水槍滅火時(shí)，由于水槍射流產(chǎn)生反作用力，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，造成水帶爆破或者

20、影響消防員安全。 （3）水槍充實(shí)水柱 由水槍噴嘴起到射流90%的水柱水量穿過直徑38cm圓孔處的一段射流長度稱為充實(shí)水柱（又叫有效射程）。該段射流水量集中，射程遠(yuǎn)，沖擊力大，機(jī)械破壞性強(qiáng)，便于瞄準(zhǔn)著火點(diǎn)，能將燃燒聚集熱量沖散。 2.噴霧水槍 特點(diǎn)：比密集充實(shí)射流有更好的冷卻和窒息效果，對(duì)可燃液體及氣體吹滅和乳化滅火作用，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)，還可以稀釋濃煙及可燃?xì)怏w和氧氣濃度。,第三節(jié) 消防射流,（1）噴霧水槍的分類和用途 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。 噴霧水槍是一種噴射霧狀水流的消防水槍，用于撲救帶電設(shè)備火災(zāi)、可燃粉塵火災(zāi)及部分