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1、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（一）水的比热容 水温升高水温升高1 1，单位体积的水需要吸收的热量，称，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为水的比热容。若将水的比热容作为1 1，则其他液，则其他液体比热容均小于体比热容均小于1 1，水比任何液体的比热容都大。，水比任何液体的比热容都大。1L1L水温度升高水温度升高1 1，需要吸收，需
2、要吸收4200J4200J的热量。若将的热量。若将1L1L常温的水（常温的水（2020）喷洒到火源处，使水温升到）喷洒到火源处，使水温升到100100，则要吸收热量，则要吸收热量336kJ336kJ。水的比热容大，因而用水灭火、冷却效果最好。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（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，为水的汽化热。水的汽化热很大，1L1001L100的水，的水，变成变成100100的水蒸气，需要吸收的水蒸气，需要吸收2264kJ2264kJ的热量。的
3、热量。因此，将水喷洒到火源处，使水迅速汽化成蒸汽，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。具有良好的冷却降温作用。同时，水变成蒸汽时体积扩大。同时，水变成蒸汽时体积扩大。1L1L水变成水蒸气水变成水蒸气后体积扩大后体积扩大17251725倍，且水蒸气是惰性气体，占据倍，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验得知，水蒸气占燃烧区的体积达35%35%时，火焰时，火焰就将熄灭。就将熄灭。第一节 水的性质（三）水的冰点（三）水的冰点 纯净的水当温度下降到纯净的水当温度下降到
4、0 0时，开始凝结成冰。水时，开始凝结成冰。水结成冰时，放出溶解热结成冰时，放出溶解热335kJ/L335kJ/L。水结成冰，由液。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，致使消防进行保温，以免水结成冰时体积扩大，致使消防设备损坏。设备损坏。处于流动状态的水不易结冰，因为水的动能会转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，在化成热能。因此，为了不使水带内的水冻结，在冬季火场上，消
5、防员转移阵地时不要关闭水枪。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（一）密度和容重 密度：单位体积内物质所具有的质量。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。容重：单位体积内物质所具有的重量。水在水在4 4时容重最大，此时时容重最大，此时1L1L纯净的水重纯净的水重1kg1kg。温度温度（）0 04 410102020303040406060100100容重容重（N/mN/m3 3）9806980698079807980198019789978997649764973097309642964293999399第一
6、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，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。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
7、）压缩性（三）压缩性 水的体积随压力增加而减小的性质称为压缩性。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。通常，把水看成是不可压缩的液体。压力压力（MPaMPa）0.10.110102020303040405050水体积水体积1.00001.00000.99430.99430.98970.98970.98530.98530.98100.98100.97660.9766第一节 水的性质（四）膨胀性（四）膨胀性 水的体积随水温升高而增大的性质称为膨胀性。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。在火场供水中水的膨胀性均可略去不计。
8、（五）溶解性（五）溶解性 溶质在水中的扩散称为溶解。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。稀释溶于水的可燃液体，使火灾得到控制。（六）水的导电性（六）水的导电性 水中含有杂质越多，电阻率越小，导电性越大。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。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（一）水的分解 水由氢和氧两种元
9、素组成。水由氢和氧两种元素组成。当水蒸气温度超过当水蒸气温度超过15001500时，水蒸气就会迅速分时，水蒸气就会迅速分解生成氢气和氧气：解生成氢气和氧气：2H2H2 2O O 2H 2H2 2+O+O2 2 氢氢气气为为可燃气体，氧气可燃气体，氧气为为助燃气体，在高温下极助燃气体，在高温下极易易发发生化学性爆炸。生化学性爆炸。第一节 水的性质（二）水的化学反应（二）水的化学反应 1.1.水与活泼金属反应水与活泼金属反应 水与活泼金属锂、钠、钾、锶、钾钠合金等接触，将发生水与活泼金属锂、钠、钾、锶、钾钠合金等接触，将发生强烈反应：强烈反应：2Na+2H2Na+2H2 2O O 2NaOH+H
10、2NaOH+H2 2+热热量量 2.2.水与金属粉末反水与金属粉末反应应 水与水与锌锌粉、粉、镁铝镁铝粉等金属粉末接触，在火粉等金属粉末接触，在火场场高温情况下反高温情况下反应较剧应较剧烈，放出烈，放出氢氢气，会助气，会助长长火火势势。Zn+HZn+H2 2O O ZnOZnO+H+H2 2 Mg(OH)Mg(OH)2 2+2Al(OH)+2Al(OH)3 3 Mg(AlO Mg(AlO2 2)2 2+4H+4H2 2OO 2Al+6H2Al+6H2 2O O 2Al(OH)2Al(OH)3 3+3H+3H2 2+热热量量第一节 水的性质 3.3.水与金属氢化物反应水与金属氢化物反应 水与氢化
11、锂、氢化钠、四氢化锂铝、氢化钙、氢水与氢化锂、氢化钠、四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等接触，产生大量氢气：化铝等接触，产生大量氢气：NaHNaH+H+H2 2O O NaOHNaOH+H+H2 2+热热量量 AlHAlH3 3+3H+3H2 2O O Al(OH)Al(OH)3 3+3H+3H2 2+热热量量 4.4.水与硅金属化合物反应水与硅金属化合物反应 水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅：氢化硅：MgMg2 2Si+4HSi+4H2 2O O 2Mg(OH)2Mg(OH)2 2+SiH+SiH4 4 第一节 水的性质 5.5.水与碳金属
12、反应水与碳金属反应 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：的碳氢化合物气体：CaCCaC2 2+2H+2H2 2O O Ca(OH)Ca(OH)2 2+C+C2 2H H2 2+热热量量 水与石灰氮（俗称电石，水与石灰氮（俗称电石，CaCNCaCN2 2）接触，能释放出可）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。燃气体氨。不纯净电石与水接触，能释放出乙炔气。6.6.水与硼氢类物质化学反应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、硼氢化钠等水与硼氢类物质，如二硼氢、硼氢化钾、硼氢化钠等
13、接触，释放出氢气和大量热：接触，释放出氢气和大量热：B B2 2H H6 6+6H+6H2 2O O 2H 2H2 2BOBO3 3+6H+6H2 2+热热量量第一节 水的性质 7.7.水与磷化物反应水与磷化物反应 水与磷酸钙、磷化锌等接触，生成磷化氢，在空水与磷酸钙、磷化锌等接触，生成磷化氢，在空气中能自燃：气中能自燃：CaCa3 3P P2 2+6H+6H2 2O O 3Ca(OH)3Ca(OH)2 2+2PH+2PH3 3+热热量量 由此可由此可见见，水与某些化学物，水与某些化学物质质接触，有可能接触，有可能发发生生自燃，自燃，释释放出可燃气体和大量放出可燃气体和大量热热量以及有毒气体量
14、以及有毒气体等，从而引起燃等，从而引起燃烧烧或爆炸。或爆炸。因此，在扑救火灾因此，在扑救火灾时应时应根据物根据物质质的性的性质质，采取相，采取相应应的的灭灭火火剂剂。凡与水。凡与水发发生化学反生化学反应应的物的物质严质严禁用禁用水扑救。水扑救。第二节 水的灭火作用 冷却作用冷却作用 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。区温度大大降低，以致使燃烧中止。
15、窒息作用窒息作用 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。度减弱直至中止。第二节 水的灭火作用 稀释作用稀释作用 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。致可燃蒸气量减少，使燃烧减弱。分离作用分离作用 经灭火器具（尤其是直流水枪）喷射形成的水流经灭火器具（尤其是直流水枪）喷射形成的水流有很大的冲击
16、力，这样的水流遇到燃烧物时，将有很大的冲击力，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使火焰分离，这种分离作用一方面使火焰“端部端部”得不到可燃蒸气的补充，另一方面使火焰得不到可燃蒸气的补充，另一方面使火焰“根根部部”失去维持燃烧所需的热量，使燃烧中止。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
17、止。第三节 消防射流 消防射流（一）消防射流的定义（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。高速水流。（二）消防射流的类型（二）消防射流的类型 1.1.密集射流密集射流 高压水流经过直流水枪喷出，形成结实的射流称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，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。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。坏力强。直流
18、水枪以密集射流灭火。第三节 消防射流 2.2.分散射流分散射流 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。喷雾射流和开花射流两种。（1 1）喷雾射流：水滴粒径平均小于）喷雾射流：水滴粒径平均小于100100微米的分散射微米的分散射流。由喷雾水枪产生。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，特点是控制面积大，用水量省
19、，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。用，同时，水渍损失小，除烟效果好。（2 2）开花射流：水滴粒径在）开花射流：水滴粒径在10010010001000微米之间，用微米之间，用来降低热辐射的伞形水射流。由开花水枪或多用水枪来降低热辐射的伞形水射流。由开花水枪或多用水枪产生。产生。第三节 消防射流 消防射水器具（一）消防水枪（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、射管枪。根据射流形式和特
20、征可分为直流、喷雾、开花、多用水枪等。开花、多用水枪等。1.1.直流水枪直流水枪 喷射密集充实水流的水枪，具有射程远、水量大、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。冲击力强等优点。（1 1）直流水枪的分类和构造）直流水枪的分类和构造 分类：普通和开关式两种。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。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，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可增加水流的出口速度以形成动能较大且不分散的射流。的射流。为减少从水带来的水流涡流，在枪筒内安装稳流
21、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，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。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常用直流水枪喷嘴口径有1313、1616、19mm19mm三种。三种。第三节 消防射流（2 2）直流水枪的使用）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，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避免产生水击现象，造成水带爆破或影响消
22、防员安全。安全。（3 3）水枪充实水柱）水枪充实水柱 由水枪喷嘴起到射流由水枪喷嘴起到射流90%90%的水柱水量穿过直径的水柱水量穿过直径380mm380mm圆孔处的一段射流长度称为充实水柱，又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。烧聚集热量冲散。第三节 消防射流（3 3）水枪充实水柱）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：扑灭不同建筑物火灾对水枪充实水柱要求不同：建筑高度不超过建筑高度不超过10
23、0m100m的高层民用建筑，不应小于的高层民用建筑，不应小于10m10m；高层工业建筑和建筑高度超过高层工业建筑和建筑高度超过100m100m的高层民用建筑，不应的高层民用建筑，不应小于小于13m13m；甲、乙类厂房，层数超过甲、乙类厂房，层数超过6 6层的公共建筑和层数超过层的公共建筑和层数超过4 4层的层的厂房（仓库），不应小于厂房（仓库），不应小于10m10m；高架仓库和体积大于高架仓库和体积大于25000m25000m3 3的商店、体育馆、影剧院、的商店、体育馆、影剧院、会堂、展览建筑，车站、码头、机场建筑等，不应小于会堂、展览建筑，车站、码头、机场建筑等，不应小于13m13m；一般性
24、的低层建筑，不应小于一般性的低层建筑，不应小于7m7m；地下工程，不应小于地下工程，不应小于10m10m；停车库、修车库，不应小于停车库、修车库，不应小于10m10m；扑灭室外火灾，应为扑灭室外火灾，应为101015m15m。第三节 消防射流 2.2.喷雾水枪喷雾水枪 喷射雾状射流的消防水枪。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
25、，带电设备火气能力。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，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。还可稀释浓烟及可燃气体和氧气的浓度。（1 1）分类：离心式、机械撞击式、簧片式。）分类：离心式、机械撞击式、簧片式。（2 2）使用：注意喷雾角、射流方向和喷雾射流类）使用：注意喷雾角、射流方向和喷雾射流类型的选择。型的选择。第三节 消防射流 3.3.开花直流水枪开花直流水枪 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
26、射，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。物质火灾或冷却保护其他物质。4.4.多用水枪多用水枪 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。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。最好不用于扑救带电火灾，以免误操作造成伤害。5.5.脉冲水枪脉冲水枪 由脉冲水枪、高压气瓶、贮水罐等组成，有效射程大于由
27、脉冲水枪、高压气瓶、贮水罐等组成，有效射程大于10m10m。水渍损失小、用水省、灭火效率高，可喷射超细水。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、小面积的雾，主要扑救初起、小面积的A A、B B、C C类火灾、交通工具类火灾、交通工具火灾和电气设备火灾。火灾和电气设备火灾。第三节 消防射流（二）消防水炮 大型号的大型号的“消防水枪消防水枪”，与水枪的最大差异在于，与水枪的最大差异在于其非手持性。习惯上将流量大于其非手持性。习惯上将流量大于16L/s16L/s的射水设备的射水设备定义为消防水炮。定义为消防水炮。一般安装在消防车、消防艇上或油罐区、港口码一般安装在消防车、消防
28、艇上或油罐区、港口码头、大空间等场所。头、大空间等场所。1.1.消防水炮的构造：操纵手柄、台座、回转锁定消防水炮的构造：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、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。双手柄、压力表等组成。2.2.分类：固定式、车载式、移动式；手动、电控、分类：固定式、车载式、移动式；手动、电控、液控式。液控式。思考与练习四 简述水存在哪几种状态 简述水的比热容和汽化热的含义 简述水的密度和容重的含义 何谓水的黏滞性 简述水的压缩性、膨胀性和导电性 水能与哪些物质起化学反应思考与练习四 简述水的灭火作用 何谓消防射流，它有哪几种类型 何谓密集射流，它有何特点 简述水枪充实水柱的定义，扑灭不同建筑物火灾对水枪充实水柱有何要求 简述直流水枪和喷雾水枪的使用注意事项 消防射水器具主要有哪些类型