第四章消防力學(xué)基本知識(shí)

1、第四章 消防水力學(xué)基本知識(shí)前言水在消防工作中的重要意義1、從火災(zāi)撲救統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，水是滅火的主要滅火劑，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，用水撲救的次數(shù)占90%以上。而且多數(shù)搶救救援現(xiàn)場(chǎng)都需要用水進(jìn)行冷卻、稀釋，降低濃度防止爆炸、控制毒源，用水進(jìn)行中和、洗消。如2003年9月6日6時(shí)34分，長(zhǎng)春市長(zhǎng)營(yíng)高速公路與長(zhǎng)平高速公路連接處，一輛裝載液氨的槽車側(cè)翻泄漏事故處置。吉林市吉林雙苯廠苯胺車間“11.13”特大爆炸火災(zāi)事故處置（2003年）。山東省黃島油庫(kù)特大火災(zāi)（1989.8.12）。2、滅火戰(zhàn)斗成敗來(lái)看，水是重要因素從滅火戰(zhàn)斗失敗的原因來(lái)看80%是由于水源缺乏，供水措施不當(dāng)引起的，如：1984年某市罐頭廠火災(zāi)。從成

2、功的戰(zhàn)例來(lái)看，必須具備水源充足，供水得當(dāng)。如：1988年11月延邊開(kāi)山屯化學(xué)纖維漿廠火災(zāi)。3、從滅火劑的研究應(yīng)用來(lái)看水消防滅火工作中的重要性。俗話說(shuō)：“水火不相容”“水克火”，從古代開(kāi)始，我們的祖先就知道用水滅火（北京故宮防火缸）。在近代不少科學(xué)家研究取代水的新型滅火劑，但研究來(lái)研究去還是認(rèn)定水的滅火性能和作用無(wú)法用其它滅火劑替代。現(xiàn)在很多建筑的固定滅火設(shè)施主要還是用水。而且用技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)作了明確的規(guī)定。如：消火栓給水系統(tǒng)，自動(dòng)滅火噴水系統(tǒng)，泡沫滅火系統(tǒng)，水幕滅火劑分類（一）按滅火原理分1、物理滅火劑：水、泡沫、二氧化碳2、化學(xué)滅火劑：干粉、鹵代烷（二）按物質(zhì)形態(tài)分1、氣體滅火劑：二氧化碳、

3、鹵代烷2、液體滅火劑：水、泡沫、7150等3、固態(tài)滅火劑：干粉、G1粉等第一節(jié) 水的性質(zhì) 水是無(wú)嗅無(wú)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(wú)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(guò)100時(shí)，蒸發(fā)成汽體，水溫下降到O時(shí)，即凝結(jié)成固體稱為冰。 （一）水的比熱容 水溫升高1，單位體積的水需要吸收的熱量，稱為比熱容。若將水的比熱容作為1,則其他液體的比熱容均小于1，水比任何液體的

4、比熱容都大。1L水溫度升高1，需要吸收4200J的熱量。若將lL常溫的水（20）噴灑到火源處，使水溫升到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，IL100的水，變成100的水蒸汽，需要吸收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水變成水蒸汽后體積擴(kuò)大1725倍，且水蒸汽是惰性氣體，占據(jù)燃燒區(qū)空間，具有隔絕空氣的窒息滅火作用。實(shí)驗(yàn)得知，水蒸汽占燃燒區(qū)的體積達(dá)35時(shí)，火焰就將熄滅。 （三）水的冰點(diǎn)

5、純凈的水當(dāng)溫度下降到0時(shí)，開(kāi)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)，水分子間的距離增大，因而體積隨之?dāng)U大。因此，對(duì)消防給水管道和儲(chǔ)水容器在冬季應(yīng)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)能將轉(zhuǎn)化為熱能。因此，為了不使水帶內(nèi)的水凍結(jié)成冰，在冬季火場(chǎng)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)。 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。

6、 （一）密度和容重 液體單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱為密度，液體單位體積內(nèi)所具有的重量稱為容重。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。在正常大氣壓強(qiáng)條件下，水在不同溫度時(shí)的容重見(jiàn)表4一1。 表4一1水在不同溫度時(shí)的容重溫度/04l0203040的100/(N/m3)98069807980197899764973096429399 （二）粘滯性 液體具有易流動(dòng)性，在相對(duì)靜止時(shí)，液體不能抵抗切力，在微小切力的作用下，將破壞原來(lái)的相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生無(wú)限止的變形，即發(fā)生流動(dòng)。但是當(dāng)液體一旦流動(dòng)時(shí)，分子間的作用力卻立即顯示為對(duì)流動(dòng)的阻抗作用，即顯示出所謂粘滯性阻力（內(nèi)摩擦

7、阻力），液體的這種阻抗變形運(yùn)動(dòng)的特性就稱為粘滯性，也叫“內(nèi)摩阻”。需要說(shuō)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。液體運(yùn)動(dòng)時(shí)的粘滯阻力只能使液體的變形即流動(dòng)緩慢下來(lái)，但不能阻止靜止液體在任何微小的切向力作用下開(kāi)始流動(dòng)。 舉例說(shuō)明一下液體的粘滯性。如果測(cè)出渠道水流的過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速u，并繪出過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植?，如圖J一I所示，（圖中每根帶箭頭的線段的長(zhǎng)度表示該點(diǎn)流速的大小）。發(fā)現(xiàn)過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植际遣痪鶆虻?。渠底流速為零。隨著離開(kāi)固體邊界的距離的增加，流速逐漸增大，至水面附近流速最大。水流過(guò)水?dāng)嗝嫔蠒?huì)形成不均勻的流速分布是因?yàn)樗髡硿运?/p>

8、。緊靠固體壁面的第一層極薄水層由于附著力的作用而貼附在壁面上不動(dòng)，第一水層將通過(guò)粘滯摩阻）作用而影響第二水層的流速，離愈大，壁面對(duì)流圖4一1渠道過(guò)水?dāng)嗝媪魉俜植?速的影響愈小，其結(jié)果就形成了圖4一l所示的流速分布規(guī)律。就是這樣，固體邊界通過(guò)液體的粘滯性，而對(duì)液體運(yùn)動(dòng)起著阻滯作用。液體的粘滯性可用粘滯力即內(nèi)摩擦力來(lái)表達(dá)。流得快的水層對(duì)流得慢的水層起拖動(dòng)作用，因而快層作用于慢層的內(nèi)摩擦力與流向相同，反之慢層對(duì)快層起阻滯作用，則慢層作用于快層的摩擦力與流向相反，兩力大小相等、方向相反，都具有抗拒其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。 （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

9、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)實(shí)驗(yàn)，把溫度為20在。0.1MPa壓力作用下的水體積作為1，不同壓力時(shí)的水體積如表4一2。 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)，但對(duì)個(gè)別特殊情況，液體的壓縮性不能忽略。如水槍上的開(kāi)關(guān)突然關(guān)閉時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種水擊現(xiàn)象，在研究這一問(wèn)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)稱為水的膨脹性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，10一20的水在常壓下，溫度升高1，體積增加萬(wàn)分之一點(diǎn)五，其體積變化較小。 （五）溶解性 溶質(zhì)在水中的擴(kuò)散稱為

10、溶解。物質(zhì)能否在水中溶解，與物質(zhì)分子的極性有關(guān)。凡是由極性分子或與水分子結(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、乙醚、乙醇等。與水分子極性不同的物質(zhì)不易溶于水或不溶于水，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。純掙水電阻率很大，為不良導(dǎo)體。天然水源一般都含有各種雜質(zhì)，因而稱為良導(dǎo)體。 三、水的化學(xué)性質(zhì) （一）水的分解 水由氫、氧兩元素組成。火場(chǎng)上的消防水柱射流觸及高溫設(shè)備，水滴瞬間汽化，

11、體積突然擴(kuò)大，會(huì)造成物理性爆炸事故。當(dāng)水蒸汽溫度繼續(xù)上升超過(guò)1500以上時(shí)，水蒸汽將會(huì)迅速分解為氫氣和氧氣； 2H2O高溫2H2O2 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，爆炸范圍廣。若無(wú)可靠的防范措施，就會(huì)造成火災(zāi) （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) 水與活潑金屬銼、鉀、鈉、銘、鉀鈉合金等接觸，將發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)： 2Na2H2O=2NaOHH2+熱量 這些活潑金屬與水化合時(shí)，奪取水中的氧原子，放出氫氣和大量的熱量，使釋放出來(lái)的氫氣與空氣中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

12、屬粉末反應(yīng) 水與鋅粉、鎂鋁粉等金屬粉末接觸，在火場(chǎng)高溫情況下反應(yīng)較劇烈，放出氫氣，會(huì)助長(zhǎng)火勢(shì)擴(kuò)大和火災(zāi)蔓延： Zn+H20=ZnO+H2 金屬鋁粉和鎂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。水與鎂粉或鋁粉單獨(dú)接觸時(shí)，在反應(yīng)過(guò)程中生成不溶于水的氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀，而氫氧化鋁和氫氧化鎂是不燃燒的薄膜，覆蓋在金屬表面，阻礙著鋁粉和鎂粉的繼續(xù)燃燒。而水與鎂鋁粉接觸，則同時(shí)生成偏鋁酸鎂。偏鋁酸鎂溶解于水，因而使鎂鋁粉表面不能形成不燃的薄膜，使水與鎂鋁粉無(wú)障礙地繼續(xù)反應(yīng)，放出氫氣和大量的熱量，這在火場(chǎng)上會(huì)助長(zhǎng)燃燒或發(fā)生爆炸現(xiàn)象。 Mg(OH)2+2Al(OH)3=Mg(AlO

13、2)2+4H2O2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2熱量 3水與金屬氫化物反應(yīng) 水與氫化鋰、氫化鈉、四氫化鋰、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，則氫化物和水中的氫原子放出，產(chǎn)生大量的氫氣，也會(huì)助長(zhǎng)火勢(shì)。 4水與硅金屬化合物反應(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十4H2O=2Mg(OH)2+SiH4 四氫化硅易與空氣中的氧反應(yīng)，發(fā)生自燃。 5水與碳金屬反應(yīng) 水與碳化鈣、碳化鉀、碳化鋁等接觸時(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，生成易燃易爆的碳?xì)浠衔餁怏w，并釋放出大量的熱量： CaC2+

14、2H2O=Ca(OH)2+C2H2熱量 水與石灰氮（CaCN2）接觸，能釋放出可燃?xì)怏w氨。不純凈的石灰氮與水接觸，還能釋放出乙炔氣。在火場(chǎng)上，這些碳?xì)浠衔铮ㄈ缫胰?、甲烷和氨等）都有助長(zhǎng)火勢(shì)擴(kuò)大和火災(zāi)蔓延的可能。 6水與硼氫類物質(zhì)化學(xué)反應(yīng) 水與二硼烷、硼氫化鈉等接觸，釋放出氫氣和大量的熱量。 B2H6+6H2O=2H3BO3+6H2熱量 7水與磷化物發(fā)生反應(yīng) 水與磷酸鈣、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(jiàn)，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和大量熱量以及有毒氣體等,從而引起燃燒或爆炸。因此，火場(chǎng)撲救

15、過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，采取相應(yīng)的滅火劑.凡與水接觸能引起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)嚴(yán)禁用水撲救。不能用水撲救的火災(zāi)1、鉀、鈉、鎂等輕金屬火災(zāi)例：長(zhǎng)春市西安橋外垃圾站火災(zāi)2、檔案、精密儀器、樂(lè)器等貴重的物品火災(zāi)例：長(zhǎng)春市樂(lè)器廠火災(zāi)3、密度小于水和不溶解于水的易燃液體火災(zāi)4、對(duì)熔融的鹽類和沸騰的原油5、儲(chǔ)存大量濃硫酸、濃硝酸6、不能用水直接撲救高壓電氣設(shè)備火災(zāi)7、可燃粉塵積聚處例：春頭溝亞麻廠火災(zāi)8、熾熱物體火災(zāi)對(duì)水質(zhì)的要求：滅火用水要無(wú)腐蝕，無(wú)污染和無(wú)被油污染含有其它易燃液體。例：江西油庫(kù)火災(zāi)供水計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)：1、水壓力1個(gè)物理大氣壓1.033Kg/cm210.33米水柱1個(gè)體積大氣壓1Kg/cm210

16、米水柱1Mpa=10Kg/cm2=100米水柱2、流量升/秒M3/小時(shí)3、供給強(qiáng)度升/秒.平方米4、有效射程（充實(shí)水柱）手提式水槍：（22mm以下）由水槍噴嘴至射流90%水量穿過(guò)直徑38cm圓圈止的一段長(zhǎng)度常用7m、10m、13m、15m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，而且水具有較好的導(dǎo)熱性。因而，當(dāng)水與燃燒物接觸或流經(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)

17、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，可用水予以稀釋。由于可燃物濃度降低而導(dǎo)致可燃蒸氣量的減少，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。 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)

18、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)定程度隨可燃液休粘度的增加而增加，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)生的速率降低，致使燃燒中止。第三節(jié)消防射流 一、消防射流 （一）消防射流的定義 消防射流是指滅火時(shí)由射水器具噴射出來(lái)的高速水流。 （二）消防射流的類型 常見(jiàn)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(guò)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分散，離水槍口較遠(yuǎn)處射流逐漸分散。密集射流耗水量大，射程遠(yuǎn)，沖擊力大，機(jī)械破壞力強(qiáng)。 (2）密集射流適用

19、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，都是以密集射流撲救火災(zāi)。 2分散射流 高壓水流經(jīng)過(guò)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(kāi)水槍，形成擴(kuò)散狀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(kāi)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100 pm時(shí)，稱為噴霧射流。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，同時(shí)，水漬損失小，除煙效果好。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(kāi)花射流 分散射流時(shí)，水滴直徑

20、平均在1 00一1000 pm之間時(shí)，稱為開(kāi)花射流。開(kāi)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)。 二、消防射水器具 消防射水器具是把水按需要的形狀有效地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(kāi)關(guān)式直流水槍兩種。 直流水槍是由槍筒和噴嘴所組成。直流水槍密集射流的質(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園錐體狀噴嘴。園錐形噴嘴主要用途為增加水流的出口速度

21、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?gòu)乃畮?lái)的水流渦流，在槍筒內(nèi)安裝穩(wěn)流器，使水流流過(guò)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)紊流趨勻流狀態(tài)，以提高槍筒結(jié)構(gòu)的水力條件。 常用的直流水槍噴嘴口徑有13mm、16 mm、19 mm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(kāi)關(guān)式直流水槍時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作應(yīng)緩慢進(jìn)行，以免產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，造成水帶爆破或影響消防員安全。 2噴霧水槍 (l）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