第四章 消防水力学基础知识

LOGO消防水力学基础知识第四章泰州市消防技术服务事务所嵇国征内容水的性质1水的灭火作用2消防射流3第一节水的性质水是无嗅无味的液体，是人类赖以生存的基本物质。它取用方便，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，水是最常用、最主要的灭火剂。第一节水的性质一、水的基本特性水有三种状态：固体，液体和气体。液体与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。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。水的比热容大，因而用水灭火、冷却效果最好。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，使水温升高到100℃，则需要吸收热量336KJ。（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汽化热。水的汽化热比较大，具有良好的冷却降温作用。1L100℃的水变成100℃的水蒸气，需要吸收2264KJ的热量。同时，水变成水蒸气时体积扩大。1L水变成水蒸气体积扩大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。当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）水的冰点水结成冰，由液体状态变成固体状态，水分子间的间距增大，因而体积随之扩大。处于流动状态的水不易结冰，因为水的部分动能将转化为热能。因此，为了不使水带内的水冻结成冰，可以让水处于流动状态。第一节水的性质二、水的主要物理性质在水力学中，与水运动有关的物理性质主要有以下六个方面：（一）密度和容重单位体积内物质所具有的质量称为密度，单位体积内物质所具有的重量称为容量。表4-1为水在不同温度时的容重。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，即显示出所谓黏滞阻力（也叫内摩擦阻力），水的这种阻抗变形运动的特性称为黏滞性。当液体运动一旦停止，这种阻力就立即消失。因此，黏滞性在液体静止或平衡时是不显示作用的。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水的压缩性。随着压力增加水的体积变化不大。因此，把水看成是不可压缩的液体，但有时也要考虑水的压缩性，如水枪上的开关突然关闭时，会产生一种水击现象，这就是水的压缩性的体现。（四）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。第一节水的性质（五）溶解性溶质在水中的扩散称为溶解。物质能否在水中溶解，与物质分子的极性有关。凡是与水分子极性相同或与水分子结构相似的分子组成的物质均易溶于水，如食盐、糖、丙酮、乙醚、乙醇等。与水分子极性不同的物质不易溶于水或不溶于水，如汽油、煤油、柴油、苯等。（六）导电性水的导电性与水的纯度、射流形式等有关。水中含有的杂质越多，电阻率越小，导电性能越大，纯净水电阻率很大，为不良导体。第一节水的性质三、水的化学性质（一）水的分解水由氢、氧两种元素组成。灭火时消防射流触及高温设备，水滴瞬间汽化，体积突然扩大，会造成物理性爆炸事故。当水蒸气温度继续上升超过1500℃以上时，水蒸气将迅速分解为氢气和氧气。氢气为可燃气体，而氧气为助燃气体，两者混合后，在高温下极易发生化学爆炸。第一节水的性质（二）水的化学反应1、与活泼金属的反应水与活泼金属锂、钾、钠、锶、钾钠合金等接触，会发生强烈反应，活泼金属夺取水中的氧原子，放出氢气和大量热量，释放出来的氢气与空气中的氧气相混合形成爆炸性混合物，发生自燃或爆炸。2、与金属粉末的反应水与锌粉、镁粉、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，会助长火势扩大和火灾蔓延。第一节水的性质3、与金属氢化物的反应水与氢化锂、氢化钠、四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等金属氢化物接触，氢化物中的金属原子与水中的氧原子结合，而氢化物和水中氢原子结合产生氢气，会助长火势。4、与硅金属化合物的反应水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅。四氢化硅易于空气中氧反应，发生自燃。第一节水的性质5、与碳金属化合物的反应水与碳化钙、碳化钾、碳化铝等接触时会生成易燃易爆的碳氢化合物气体，并释放出大量的热量。水与石灰氮（俗称电石）接触，能释放出可燃气体氨。不纯净的电石与水接触，还能释放出乙炔气。在火场上，这些碳氢化合物（如乙炔、甲烷和氨等）都有助长火势扩大和火灾蔓延的可能。6、与硼氢类物质的反应水与硼氢类物质，如二硼氢、硼氢化钾、硼氢化钠等接触，释放出氢气和大量的热量。第一节水的性质7、与磷化物的反应水与磷化钙、磷化锌等磷化物接触，生成磷化氢，而磷化氢在空气中能够自燃。由此可见，水与某些化学物质接触，发生化学反应，释放出可燃气体和大量的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。凡是遇水接触能引起化学反应的物质严禁用水扑救。第二节水的灭火作用一、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。二、窒息作用水的汽化将在燃烧区产生大量水蒸气占据燃烧区，可以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三、稀释作用水本身是一种良好的溶剂，可以溶解水溶性甲、乙、丙类液体，如醇、醛、醚、酮、酯等。因此，当此类物质起火后，如果容器的容量允许或可燃物料流散，可用水予以稀释，当可燃物的浓度降低后而导致可燃蒸气量减少，使燃烧减弱，当浓度降到可燃浓度以下时，燃烧中止。四、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，将使火焰产生分离，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五、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。第三节消防射流一、消防射流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，形成结实的射流称为密集射流。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。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。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。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：喷雾射流由喷雾水枪产生。喷雾射流的特点是控制面积大，用水量少，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：开花射流由开花水枪或多用水枪产生。第三节消防射流二、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。（一）消防水枪消防水枪是指由单人或多人携带和操作的以水作为灭火剂的喷射管枪。消防水枪根据射流形式和特征不同可分为直流水枪、喷雾水枪、开花水枪、多用水枪等。第三节消防射流1、直流水枪直流水枪是一种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直流水枪分为普通直流水枪和开关式直流水枪两种。第三节消防射流直流水枪是由枪筒和喷嘴所组成。常用的直流水枪喷嘴口径有13mm、16mm、19mm三种。（2）直流水枪的使用使用直流水枪灭火时，由于水枪射流产生反作用力，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）水枪充实水柱由水枪喷嘴起到射流90%的水柱水量穿过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。水柱要求第三节消防射流2、喷雾水枪喷雾水枪是一种喷射雾状射流的消防水枪。其具有以下特点：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。该水枪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气体火灾等，还可稀释浓烟及可燃气体和氧气的浓度。第三节消防射流（1）喷雾水枪的分类喷雾水枪分离心式喷雾水枪、机械撞击式喷雾水枪和簧片式喷雾水枪三种。（2）喷雾水枪的使用使用喷雾水枪灭火时，应注意喷雾角、射流方向和喷雾射流类型的选择。3、开花直流水枪开花直流水枪是一种喷射直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。第三节消防射流4、多功能水枪既可以喷射密集射流，也可以喷射雾状射流，有的还可以喷射水幕，而且几种射流可以互相转换，组合使用，对火场需要适应性好。多功能水枪最好不要用于扑救带电设备火灾，以免因误操作造成伤害。第三节消防射流5、脉冲水枪脉冲水枪中一种新型水枪，它主要由脉冲水枪、高压气瓶、贮水罐等部件组成，有效射程大于10m。其水渍损失小、用水量少、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等。第三节消防射流（二）消防水炮消防水炮是大型号“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。消防水炮在一般安装在消防车、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主要由操纵手柄、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可分为固定式、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。LOGO