Transcript 消防水力学基础知识 - 四川省消防安全教育培训

消防水力学基础知识
四川省消防总队教导大队
田继德
主要内容：
• 一、水的性质
• 二、水的灭火作用
• 三、消防射流
• 消防水力学是研究消防给水实践中
水的平衡和运动规律的一门科学，
消防水力学的任务是应用流体力学
的基本理论，加上火场灭火供水经
验和消防水力试验数据、经验、公
式来解决消防给水实践中的实际问
题。
一、水的性质
（一）水的基本特性
• 水有三种状态：固体、液体和气体。
• 液体和固体的主要区别是液体容易流动，
液体与气体的主要区别是液体体积不易
压缩。
• 水在常温下为液体，在常压下，水温超
过100℃时，蒸发成气体，水温下降到
0℃时，即凝结成固体称为冰。
• 1、水的比热容大
• 水温升高1℃，单位体积的水需要吸收的热量，称
为比热容。水的比热容是4200J/L。水的比热容
大，因而用水灭火，冷却效果好。
• 2、水的汽化热高
• 单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量称
为汽化热。水的汽化热是2264kJ/L，水的汽化热
很大，将水喷到火源处，使水迅速汽化成蒸气，
具有良好的冷却降温作用。
• 3、水结冰体积增大
• 纯净的水当温度下降到0℃时，开始凝结成冰。
• （二）水的主要物理性质
• 1、密度和容重
• 液体单位体积内所具有的质量称为密度，
水在4℃时，其密度是1000kg/m3。液体单
位体积内所具有的重量称为容重，又叫重
度，水在4℃时，其重度是9807N/m3。
• 2、粘滞性
• 粘滞性在液体静止或平衡时是不显示作用的。由
于水在管道或水带内流动要克服粘滞力，因此，
会产生水头损失。
• 3、压缩性
• 水的体积随压力增加而减小的性质称为水的压缩
性。通常情况下，把水看成是不可压缩的液体。
• 4、膨胀性
• 水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀
性。在消防设计和火场供水中水的膨胀性可不考
虑。
• 5、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，如CS2火灾；
• 用水可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾
得到控制或扑灭。
• 6、导电性
• 在火场上，射水灭火时，应注意防止触电，
喷雾水枪可以用来扑救高压电气火灾，但
要有一定的安全距离。
• 7、水压与水锤作用
• 水压是指水对容器壁和底部的压力，单位N。
• 压强是指单位面积上所受到的压力作用，单位
N/m2或pa。
• 消防习惯上讲的压力不是对容器的压力,而是压强。
• 压强单位：工程单位制，大气压（at），千克/厘
米2(kg/cm2),毫米汞柱(mmHg)，米水柱
（ mH2O）；国际单位制，兆帕（Mpa），帕
（pa），牛顿/米2 (N/m2),巴(bar)。
• 1标准大气压=760mmHg=10.33 mH2O
• 1工程大气压=736mmHg=1kg/cm2=10mH2o
•
=0.1 Mpa=105 pa
• 消防上常用工程大气压。
水锤作用是指有压力的水在消防管道、水带内流
动时，由于消防阀门、消火栓和水枪的迅速关闭
或车辆碾压水带等作用，使管道、水带内水流瞬
时改变流速，造成水压急速升高的现象。
• 由于水锤作用可以使管道、水带内的压力增大到
正常压力的几倍、几十倍甚至上百倍，极易导致
管道水带破裂，造成供水中断。
• 水锤按阀门和水枪关闭时间长短分为完全水锤和
不完全水锤两种。当关闭时间t≤2L/a时,称为完全
水锤或直接水锤,式中L—管道或水带的长度,m，
a—冲击波传递速度,m/s,直径≤0.2m的铸铁管
a=1200 m/s，直径＞0.2m的铸铁管a=1435 m/s，
新水带a=80 m/s,旧水带a=120 m/s；当关闭时间
t＞2L/a时，称为不完全水锤或间接水锤。
• 由此可见，水锤作用与管道、流速、长度
有关，特别是关闭阀门、水枪的时间影响
很大。在火场供水中，由于水锤的作用，
常引起水带的破裂，造成火场供水中断，
火势扩大，因此，在关闭管道阀门、水枪、
分水器、驾驶员加压时应缓慢进行，以防
止或减少水锤的破坏作用，同时还应防止
车辆跨压充水的火场水带供水线路。
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（三）水的化学性质
1、水的分解
2H２Ｏ＝２Ｈ２↑＋Ｏ２↑
２、水的化学反应
（1）水与活泼金属反应
２Ｎa+2H２O=2ＮaＯＨ＋Ｈ２↑＋Q
（2）水与金属粉末反应
Zn +H２O= ZnＯ＋Ｈ２↑
（3）水与金属氢化物反应
NaH+ H２O=ＮaＯＨ＋Ｈ２↑＋Q
（4）水与金属硅化物反应
Mg2Si+4 H２O=2Mg(ＯＨ)2＋SiＨ4
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（5）水与金属碳化物反应
CaC2+2H２O=Ca(ＯＨ)2＋C2Ｈ２↑＋Q
（6）水与硼氢类物质反应
B２H6+6H２O=2H２BO3+6Ｈ２↑＋Q
（7）水与金属磷化物反应
Ca3P2+6H2O=3Ca(OH) 2+2PH3↑＋Q
由此可见，水与某些化学物质接触，有可能发生
自燃，释放出易可燃气体和大量热量以及有毒气
体，从而引起燃烧或爆炸。因此，凡与水接触能
引起化学反应的物质严禁用水扑救。可用干沙、
7150灭火剂扑救。
二、水的灭火作用
• 1、冷却作用
• 2、窒息作用
• 在一般情况下，空气中含有35%体积的水
蒸汽时，燃烧就会停止。
• 3、稀释作用
• 4、分离作用，又称为水力冲击作用
• 5、乳化作用
• 水的主要灭火作用是冷却作用。
三、消防射流
• （一）消防射流类型
• 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。
• 常见的射流类型有密集射流和分散射流两
种类型。
• 1、密集射流
• 高压水流经过直流水枪喷出，形成结实的，
水滴粒径大于1000um的射流称为密集射流。
• 密集射流耗水量大，射程远，冲击力大，
机械破坏力强。建（构）筑物室内消火栓
给水系统中配备的直流水枪和消防车上使
用的直流水枪，都是以密集射流扑救火灾。
• 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。
• 分散射流根据其水滴粒径大小又分为喷雾
射流和开花射流两种类型。
• （1）喷雾射流。水滴粒径平均小于100um
的分散射流，称为喷雾射流。喷雾射流由
喷雾水枪产生。喷雾射流的特点是控制面
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，降低空气中含
氧量，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。分散射流时，水滴平均粒
径在100um~1000um之间，用来降低热辐
射的伞形水射流，称为开花射流。开花射
流由开花水枪或多用水枪产生。
• （二）消防射水器具
• 消防射水器具是把水按需要的形状有效地
喷射到燃烧物上的灭火器具，包括消防水
枪和消防水炮。
水枪（Q）
脉冲水枪
喷雾水枪
多用水枪
直流水枪
• 1、水枪的分类
• （1）按射水水流形态分为：直流水枪（水滴粒径d＞
1000um）；开花水枪（水滴粒径d在100um~1000um之
间）；喷雾水枪（水滴粒径d ＜100um）。
• （2）按操作方式分为：
• 手持式水枪（水枪喷嘴口径≤19mm）；
• 带架式水枪（水枪喷嘴口径＞19mm）。
• （3）按水枪功能分为：常规水枪；多用水枪（多用水枪
既可喷射直流，又可喷射雾状射流，有的还可喷射水幕，
对火场需要适应性强）。
• （4）按压力分为：低压水枪（工作压力在0.2~1.6Mpa之
间）；中压水枪（工作压力在1.6~2.5Mpa之间）；高压
水枪（工作压力在2.5~4.0Mpa之间）；超高压水枪（工
作压力＞4.0Mpa）
• 2、直流水枪
• （1）直流水枪的分类。
• 直流水枪是一种喷射密集充实水流的水枪，
在灭火中，主要使用直流水枪，具有射程
远、水量大，冲击力强等优点。
• 直流水枪又可分为普通直流水枪和开关式
直流水枪两种。常用的直流水枪喷嘴口径
有13mm、16mm、19mm三种。
• （2）直流水枪的使用。
• 直流水枪的反作用力是指水枪射水时的后
座力，水枪射流的反作用力，与射流方向
相反，力的大小与射流喷出的作用力相等，
射流的能量越大，产生的反作用力越大。
因此，如变更射流方向时应缓慢操作；使
用开关式直流水枪时，开关动作应缓慢进
行，以免产生水击现象，造成水带爆破或
影响消防员安全。
• （3）水枪充实水柱
• 火场上水枪的充实水柱又叫水枪的有效射程，
是针对直流水枪的密集射流而言的。充实水
柱是这样定义的：手持式直流水枪，由水枪
喷嘴起至射流90%的水柱水量穿过直径为
38cm圆孔处的一段射流长度称为充实水柱。
带架式直流水枪，由水枪喷嘴起至射流90%
的水柱水量穿过直径为125cm圆孔处的一段
射流长度称为充实水柱。通常情况下，水枪
充实水柱是针对手持式直流水枪而言的，用
SK表示。
• 扑灭不同建筑物火灾对水枪充实水柱的要求不同：
对于建筑高度不超过100m的高层民用建筑，SK
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，SK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），SK不应小于10m；高架仓库和
体积大于25000m3的商店、体育馆、会堂、展览
建筑，车站、码头、机场建筑等，SK不应小于
13m；一般性的低层建筑，SK不应小于7m；地
下工程SK不应小于10m；停车库、修车库，SK不
应小于10m；扑灭室外火灾，SK应为10~15m；
扑灭易可燃液体油罐火灾，石油化工火灾，SK不
应小于17m。在火场上，最常用的SK为10~15m
之间。
（4）水枪的水力性能
水枪的水力性能是指水枪喷嘴压力hq与射水量Q、有效射
程SK之间的关系。
火场上常采用19mm直流水枪，几种常用的有效射程与水
枪喷嘴压力、射水量的技术数据是：
SK
(m)
hq
(104Pa)
Q
(L/s)
10
13.5
4.6
13
20.5
5.7
15
27
6.5
17
35.5
7.5
• （5）水枪的控火能力
• ①水枪的控制面积
• 水枪的控制面积按下式计算：
•
A =Q/q
• 式中：A——每支水枪的控制面积，m2；
•
Q——每支水枪的流量，L/s；
•
q——灭火用水供给强度，L/s·m2 ，
q一般取0.12~0.2 L/s·m2。
• 例，当火场有效射程为15m时，问一支19mm直
流水枪的控火面积是多少m2？
• 解：19mm直流水枪， SK=15m， Q=6.5 L/s
• 当q=0.12 L/s. m2时， A=Q/q=6.5/0.12=54 m2
• 当q=0.2 L/s. m2时， A=Q/q=6.5/0.2=32.5 m2
•
为便于应用，当建筑物内可燃物数量较少（火
灾荷载密度 G≤50 Kg /m2）时，一支19mm直流
水枪控制面积可按50 m2估算；当建筑物内可燃
物数量较多（火灾荷载密度G＞50Kg/m2）时，
一支19mm直流水枪控制面积可按30 m2估算。因
此，一支19mm直流水枪的控火面积按30~50 m2
估算。
•
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•
•
•
•
•
②水枪的控制周长
水枪的控制周长按下式计算：
L =Q/q
式中：L——每支水枪的控制周长，m；
Q——每支水枪的流量，L/s；
q——灭火用水供给强度，L/s. m，
q一般取0.4~0.8 L/s. m。
通过计算，一支19mm直流水枪的控火周长为
8~16m，一般按10~15m估算。
• 根据火场燃烧面积或燃烧周长和水枪的控制面积
或控制周长，可以确定水枪数量，进而确定消防
车数量。
• 3、喷雾水枪
• 喷雾水枪是一种喷射雾状射流的消防水枪。
• 喷雾水枪的特点是：比密集充实射流有更好的冷
却和窒息效果，对可燃液体及气体有吹灭和乳化
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。该水枪适用于扑救建筑
物室内火灾，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）喷雾水枪的分类
• 喷雾水枪分为离心式喷雾水枪、机械撞击式喷雾
水枪和簧片式喷雾水枪三种。
• （2）喷雾水枪的使用
• a.合理确定喷雾角度。扑救一般火灾时，可
取30~50°，增加射程。扑救强酸、碱等化
工原料及粉状可燃物时，应适当扩大喷雾
角，减少冲击力，防止飞溅事故的发生。
• b.扑救液体流淌火灾时，应有一定的俯射
角，并以先近后远的顺序向前推进。
• c.扑救大面积可燃液体火灾初期，为防止水
流夹带大量气流进入引起扰动，引起热辐
射强度增加，应注意消防员的隔热防护。
• 4、开花直流水枪
• 开花直流水枪是一种喷射直流水流和开花
水流的水枪。由于开花直流水枪可以单独
或同时喷射密集充实射流和伞形开花射流，
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。
• 5、多用水枪
• 多用水枪既可喷射密集射流，又可喷射雾状射流，
有的还可喷射水幕，而且几种射流可以互换，组
合使用，机动性能强，对火场需要适应性好。多
用水枪最好不要用于扑救带电设备火灾，以免误
操作造成伤害。
• 6、脉冲水枪
• 脉冲水枪是一种新型水枪，它主要由脉冲水枪、
高压气瓶、贮水罐等部件组成，有效射程＞10m。
其水渍损失小、用水量省、灭火效率高，可以喷
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。
7、水炮（SP）、泡沫炮（PP）
水 炮
泡沫炮
习惯上将流量＞16L/s的射水设备定义为消
防水炮。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。当发生大规模、大面积火灾时，由于
强烈的热辐射和浓烟使消防员难以接近火
源实施射水活动，或遇大风消防水枪射流
会被冲散，在这些情况下，需要采用流量
大、有效射程远的消防水炮进行灭火。
• （1）消防水炮的构造
• 消防水炮由操纵手柄、台座、回转锁定柄、
双分水管、射水口集水弯管、可调节喷头、
双手柄、压力表等组成。
• （2）消防水炮的分类
• 消防水炮按安装方式分为固定式、车载式
和移动式水炮三种类型；按控制方式可分
为手动消防水炮、电控消防水炮和液控消
防水炮三种类型。
• （3）消防水炮的性能参数
• PSD40型移动式水炮工作压力8x105pa，压
力范围5~10x105pa，流量0~40L/s，直流射
程≥60m，雾化角0~110 ° ，水平回转角
360 ° ，最大仰角75 °。
• SP32型水炮系利用操纵杆控制俯仰和水平
旋转，它既可装载于消防车上，也可固定
于灭火系统上。额定工作压力1.2Mpa，出
水口径有22、28、35mm,流量分别为22、
28、35L/s，射程＞50ｍ，仰角7０°，俯
角20 °，水平旋转360 °。
消防水力学基础知识练习题
一、判断题
• 1、水有三种状态：固体、液体和气体。液体和固
体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主
要区别是液体体积不易压缩。（√）
• 2、水温升高1℃，单位体积的水需要的热量，称
为比热容。（×）需要吸收的热量
• 3、水的比热容比其他液体的比热容都要小。（×）
大
• 4、单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量
称为汽化热。（√）
• 5、纯净的水当温度下降到4℃时，开始凝结成冰。
（×）0℃
• 6、液体单位体积内所具有的重量称为密度。（×）质
量
• 7、液体单位体积内所具有的质量称为容重。（×）重
量
• 8、水结成冰，由液体状态变成固体状态，水分子间的
距离减小，因而体积随之减小。（×）距离增大，体积
增大
• 9、处于流动状态的水不易结冰，因此，为不使水带内
的水冻结成冰，在冬季火场上，当消防队员需要转移阵
地时不要关闭水枪。（√）
• 10、粘滞性在液体静止时是不显示作用的。（√）
• 11、粘滞性是水在管道或水带内流动产生水头损失的内
因。（√）
• 12、水的体积随压力减小而增加的性质称为水的压缩性。
（×）压力增加而减小
• 13、通常把水看成是不可压缩的液体。（√）
• 14、水的体积随水温升高而增大的性质称为水的
膨胀性。（√）
• 15、物质能否在水中溶解，与物质分子的极性有
关。同水分子极性不同的物质易溶于水，与水分
子极性相似的物质不易溶于水或不溶于水。（×）
极性不同改为极性相似，极性相似改为极性不同
• 16、水中含有杂质越多，电阻率越大，导电性能
越大。（×）电阻率越小
• 17、水取用方便，分布广泛，同时由于水在化学
上呈中性，无毒，且冷却效果非常好，因此，它
是最常用、最主要的灭火剂。（√）
• 18、水与锌粉、镁铝粉等金属粉末接触，在火场
高温作用下反应较剧烈，会助长火势扩大和火灾
蔓延。（×）放出氢气
• 19、锂、钾、钠、锶、钾钠合金等活泼金属与水
化合时，夺取水中的氧原子，放出氢气和大量的
热量，使释放出来的氢气与空气中氧气相混合形
成的爆炸性混合物，发生自燃或爆炸。（√）
• 20、水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃
物四氢化硅，四氢化硅易与空气中的氧反应，发
生火灾。（×）发生火灾改为发生自燃
• 21、不纯净的电石与水接触，能释放出乙炔气。
在火场上，乙炔有助长火势扩大和火灾蔓延的可
能。（√）
• 22、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
而引起爆炸。（×）从而引起燃烧或爆炸
• 23、凡与水接触能引起化学反应的物质严禁用水
扑救。（√）
• 24、高压水流经过直流水枪喷出，形成的射流称
为密集射流。（×）形成结实的射流
• 25、多用水枪可以用于扑救带电设备火灾。（×）
可以用于改为最好不要用于
• 26、由水枪喷嘴起至射流90%的水柱水量穿过直
径为380mm圆孔处的一段射流长度称为充实水柱。
（√）
• 二、选择题（四选一）见考试指导手册P26