第04章 消防水力学基础知识课件

第四章消防水力学基础知识水的性质水的灭火作用消防射流第一节水的性质水的基本性质三种状态：固体、液体和气体。液体容易流动，不易压缩。水在常温下为液体。在常压下、水温超过100℃时，蒸发为气体，水温下降到0℃时，即凝结成固体为冰。第一节水的性质（一）水的比热容水温升高1℃，单位体积的水需要吸收的热量，称为水的比热容。若将水的比热容作为1，则其他液体比热容均小于1，水比任何液体的比热容都大。1L水温度升高1℃，需要吸收4200J的热量。若将1L常温的水（20℃）喷洒到火源处，使水温升到100℃，则要吸收热量336kJ。水的比热容大，因而用水灭火、冷却效果最好。第一节水的性质（二）水的汽化热单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量称为水的汽化热。水的汽化热很大，1L100℃的水，变成100℃的水蒸气，需要吸收2264kJ的热量。因此，将水喷洒到火源处，使水迅速汽化成蒸汽，具有良好的冷却降温作用。同时，水变成蒸汽时体积扩大。1L水变成水蒸气后体积扩大1725倍，且水蒸气是惰性气体，占据燃烧区空间，具有隔绝空气的窒息灭火作用。实验得知，水蒸气占燃烧区的体积达35%时，火焰就将熄灭。第一节水的性质（三）水的冰点纯净的水当温度下降到0℃时，开始凝结成冰。水结成冰时，放出溶解热335kJ/L。水结成冰，由液体变成固体，水分子间距增大，因而体积随之扩大。因此，在冬季应对消防给水管道和储水容器进行保温，以免水结成冰时体积扩大，致使消防设备损坏。处于流动状态的水不易结冰，因为水的动能会转化成热能。因此，为了不使水带内的水冻结，在冬季火场上，消防员转移阵地时不要关闭水枪。第一节水的性质

水的主要物理性质（一）密度和容重密度：单位体积内物质所具有的质量。容重：单位体积内物质所具有的重量。

水在4℃时容重最大，此时1L纯净的水重1kg。温度（℃）041020304060100容重（N/m3）98069807980197899764973096429399第一节水的性质（二）黏滞性当水在流动时，水分子之间、水分子与固体壁面之间的作用力显示为对流动的阻抗作用，即显示出所谓黏滞性阻力（内摩擦阻力），水的这种阻抗变形运动的特性就是黏滞性。当液体运动一旦停止，这种阻力就立即消失，即黏滞性在液体静止或平衡时是不显示作用的。举例说明水的黏滞性：渠道过水断面流速分布

渠道过水断面上的流速分布不均匀，是因为水流黏滞性所致。固体边界（壁面）通过水的黏滞性，对水的运动起着阻滞作用。第一节水的性质第一节水的性质（三）压缩性水的体积随压力增加而减小的性质称为压缩性。

通常，把水看成是不可压缩的液体。压力（MPa）0.11020304050水体积1.00000.99430.98970.98530.98100.9766第一节水的性质（四）膨胀性水的体积随水温升高而增大的性质称为膨胀性。在火场供水中水的膨胀性均可略去不计。（五）溶解性溶质在水中的扩散称为溶解。用水可以扑灭易溶于水的固体物质火灾；用水可以扑救比水重且不溶于水的可燃液体；用水可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾得到控制。（六）水的导电性水中含有杂质越多，电阻率越小，导电性越大。天然水是良导体，因此，在火场上应防止触电。第一节水的性质水的化学性质（一）水的分解水由氢和氧两种元素组成。当水蒸气温度超过1500℃时，水蒸气就会迅速分解生成氢气和氧气：2H2O═2H2+O2

氢气为可燃气体，氧气为助燃气体，在高温下极易发生化学性爆炸。第一节水的性质（二）水的化学反应1.水与活泼金属反应水与活泼金属锂、钠、钾、锶、钾钠合金等接触，将发生强烈反应：2Na+2H2O═2NaOH+H2+热量2.水与金属粉末反应水与锌粉、镁铝粉等金属粉末接触，在火场高温情况下反应较剧烈，放出氢气，会助长火势。

Zn+H2O═ZnO+H2Mg(OH)2+2Al(OH)3

═Mg(AlO2)2+4H2O

2Al+6H2O═2Al(OH)3+3H2+热量第一节水的性质3.水与金属氢化物反应水与氢化锂、氢化钠、四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等接触，产生大量氢气：NaH+H2O═NaOH+H2+热量AlH3+3H2O═Al(OH)3+3H2+热量4.水与硅金属化合物反应水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅：Mg2Si+4H2O═2Mg(OH)2+SiH4

第一节水的性质5.水与碳金属反应水与碳化钙、碳化钾、碳化铝等接触，生成易燃易爆的碳氢化合物气体：CaC2+2H2O═Ca(OH)2+C2H2+热量水与石灰氮（俗称电石，CaCN2）接触，能释放出可燃气体氨。不纯净电石与水接触，能释放出乙炔气。6.水与硼氢类物质化学反应水与硼氢类物质，如二硼氢、硼氢化钾、硼氢化钠等接触，释放出氢气和大量热：B2H6+6H2O═2H2BO3+6H2+热量第一节水的性质7.水与磷化物反应水与磷酸钙、磷化锌等接触，生成磷化氢，在空气中能自燃：Ca3P2+6H2O═3Ca(OH)2+2PH3+热量由此可见，水与某些化学物质接触，有可能发生自燃，释放出可燃气体和大量热量以及有毒气体等，从而引起燃烧或爆炸。因此，在扑救火灾时应根据物质的性质，采取相应的灭火剂。凡与水发生化学反应的物质严禁用水扑救。第二节水的灭火作用冷却作用由于水的比热容大，汽化热高，而且水具有较好的导热性。因而，当水与燃烧物接触或流经燃烧区时，将被加热或汽化，吸收热量，从而使燃烧区温度大大降低，以致使燃烧中止。窒息作用水的汽化热将在燃烧区产生大量水蒸气占据燃烧区，可阻止新鲜空气进入燃烧区，降低燃烧区氧的浓度，使可燃物得不到氧的补充，导致燃烧强度减弱直至中止。第二节水的灭火作用稀释作用水是一种良好的溶剂，可以稀释可燃物浓度而导致可燃蒸气量减少，使燃烧减弱。分离作用经灭火器具（尤其是直流水枪）喷射形成的水流有很大的冲击力，这样的水流遇到燃烧物时，将使火焰分离，这种分离作用一方面使火焰“端部”得不到可燃蒸气的补充，另一方面使火焰“根部”失去维持燃烧所需的热量，使燃烧中止。第二节水的灭火作用乳化作用非水溶性可燃液体的初起火灾，在未形成热波之前，以较强的水雾射流或滴状射流灭火，可在液体表面形成“油包水”型乳液，乳液的稳定程度随可燃液体黏度的增加而增加，重质油品甚至可以形成含水油泡沫。水的乳化作用可使液体表面受到冷却，使可燃蒸气产生的速率降低，致使燃烧中止。第三节消防射流

消防射流（一）消防射流的定义消防射流是指灭火时由消防射水器具喷射出来的高速水流。（二）消防射流的类型1.密集射流高压水流经过直流水枪喷出，形成结实的射流称为密集射流。靠近水枪口处的射流密集而不分散，离水枪口较远处射流逐渐分散。密集射流耗水量大，射程远，冲击力大，机械破坏力强。直流水枪以密集射流灭火。第三节消防射流2.分散射流高压水流经过离心作用、机械撞击或机械强化作用使水流分散成点滴状态离开消防射水器具，形成扩散状或幕状射流称为分散射流。根据水滴粒径大小可分为喷雾射流和开花射流两种。（1）喷雾射流：水滴粒径平均小于100微米的分散射流。由喷雾水枪产生。特点是控制面积大，用水量省，燃烧区蒸汽浓度大，吸收大量汽化热，隔绝空气，有良好的冷却和窒息作用，同时，水渍损失小，除烟效果好。（2）开花射流：水滴粒径在100～1000微米之间，用来降低热辐射的伞形水射流。由开花水枪或多用水枪产生。第三节消防射流消防射水器具（一）消防水枪由单人或多人携带和操作的以水作为灭火剂的喷射管枪。根据射流形式和特征可分为直流、喷雾、开花、多用水枪等。1.直流水枪喷射密集充实水流的水枪，具有射程远、水量大、冲击力强等优点。（1）直流水枪的分类和构造分类：普通和开关式两种。第三节消防射流构造：由枪筒和喷嘴组成。喷嘴一般采用具有向出口断面收敛的圆锥形喷嘴，可增加水流的出口速度以形成动能较大且不分散的射流。为减少从水带来的水流涡流，在枪筒内安装稳流器（导流装置），使水流流过截面积较小的孔洞，消除横向水流和旋转水流，迫使枪筒内紊流趋于匀流状态，以提高枪筒结构的水力条件。常用直流水枪喷嘴口径有13、16、19mm三种。第三节消防射流（2）直流水枪的使用水枪射流会产生反作用力，因此，应缓慢操作，避免产生水击现象，造成水带爆破或影响消防员安全。（3）水枪充实水柱由水枪喷嘴起到射流90%的水柱水量穿过直径380mm圆孔处的一段射流长度称为充实水柱，又叫有效射程。该段射流水量集中，射程远，冲击力大，机械破坏力强，便于瞄准着火点，能将燃烧聚集热量冲散。第三节消防射流（3）水枪充实水柱扑灭不同建筑物火灾对水枪充实水柱要求不同：建筑高度不超过100m的高层民用建筑，不应小于10m；高层工业建筑和建筑高度超过100m的高层民用建筑，不应小于13m；甲、乙类厂房，层数超过6层的公共建筑和层数超过4层的厂房（仓库），不应小于10m；高架仓库和体积大于25000m3的商店、体育馆、影剧院、会堂、展览建筑，车站、码头、机场建筑等，不应小于13m；一般性的低层建筑，不应小于7m；地下工程，不应小于10m；停车库、修车库，不应小于10m；扑灭室外火灾，应为10～15m。第三节消防射流2.喷雾水枪喷射雾状射流的消防水枪。特点：比密集射流有更好的冷却和窒息作用，对可燃液体及气体吹灭和乳化灭火作用，有良好的隔绝热辐射效果和电绝缘性能，有强烈的驱散烟气能力。适用于扑救建筑室内火灾，带电设备火灾、可燃粉尘火灾及部分可燃液体和气体火灾等，还可稀释浓烟及可燃气体和氧气的浓度。（1）分类：离心式、机械撞击式、簧片式。（2）使用：注意喷雾角、射流方向和喷雾射流类型的选择。第三节消防射流3.开花直流水枪喷射直流和开花水流的水枪。可以单独或同时喷射密集充实和伞形水流，常在火场中以伞形开花射流隔离热辐射，掩护消防员进入火场接近火源，以密集射流扑救一般固体物质火灾或冷却保护其他物质。4.多用水枪可喷射密集和雾状射流，有的还可以喷射水幕，而且几种可以互换，组合使用，机动性强，对火场需要适应性好。最好不用于扑救带电火灾，以免误操作造成伤害。5.脉冲水枪由脉冲水枪、高压气瓶、贮水罐等组成，有效射程大于10m。水渍损失小、用水省、灭火效率高，可喷射超细水雾，主要扑救初起、小面积的A、B、C类火灾、交通工具火灾和电气设备火灾。第三节消防射流（二）消防水炮大型号的“消防水枪”，与水枪的最大差异在于其非手持性。习惯上将流量大于16L/s的射水设备定义为消防水炮。一般安装在消防车、消防艇上或油罐区、港口码头、大空间等场所。1.消防水炮的构造：操纵手柄、台座、