第8講 水力學基礎(chǔ)

第七章2/1/20231山東消防--基礎(chǔ)理論消防水力學是研究消防給水和火場供水實踐中水的平衡和運動規(guī)律的一門應用科學。消防水力學的任務是應用流體力學的基本理論，通過消防水力試驗數(shù)據(jù)以及經(jīng)驗公式來解決消防給水和火場供水實踐中的實際問題。2/1/20232山東消防--基礎(chǔ)理論第一節(jié)水的性質(zhì)【學習目標】1.掌握消防水力學基礎(chǔ)知識，合理用水。2.提高分析火場供水問題和解決火場供水問題的能力。2/1/20233山東消防--基礎(chǔ)理論一、水的物理性質(zhì)水是無色無味無臭的液體。水沒有固定的形狀，隨著容器的形狀而變化，但有一定的體積。水幾乎不能壓縮，但能傳遞壓力。2/1/20234山東消防--基礎(chǔ)理論(一)水的密度和容重單位體積內(nèi)的水的質(zhì)量稱為水的密度，即：

ρ=

水受地心引力作用有重量。單位體積內(nèi)的水的重量稱為水的容重。

r=2/1/20235山東消防--基礎(chǔ)理論(二)水的壓縮性和膨脹性1、水的壓縮性在外界的壓力作用下，水體積縮小的性質(zhì)稱為水的壓縮性。水的壓縮很小，壓力從0.1MPa增加到10MPa，水體積減小不到0.5%。因此，在消防設(shè)計和火場供水計算中不考慮水的壓縮性，把水看作不可壓縮的流體。2/1/20236山東消防--基礎(chǔ)理論2.水的膨脹性水溫升高時體積增大的性質(zhì)稱為水的膨脹性。根據(jù)試驗，在1.01×105Pa下，10-20℃的水，水體積膨脹系數(shù)βt=150×10-6℃-1。即溫度升高1℃，水的體積增加萬分之六。這些變化均較小，因此，在消防設(shè)計和火場供水中均可略去不計。2/1/20237山東消防--基礎(chǔ)理論水經(jīng)過壓縮或膨脹,體積雖然縮小或增大，但水的重量或質(zhì)量是不變的，而水的密度則相應地有所增大或減小。由于溫度不同，相應的水的密度不同，造成水的自然對流。利用這個原理，在供熱工程中可以設(shè)計自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)。液體溫度升高，體積要增大，因此，儲存液體滅火劑的密閉容器都規(guī)定了充裝比，以免液體溫度升高導致容器遭到損壞。2/1/20238山東消防--基礎(chǔ)理論(三)水的黏滯性水在流動時，水分子之間，水分子與管壁之間有摩擦力，由此產(chǎn)生阻力現(xiàn)象，稱為水的黏滯性。2/1/20239山東消防--基礎(chǔ)理論若將水在管道內(nèi)流動作為無數(shù)薄層的運動，則各層流速不一樣?？拷鼙诘牧鲗?，由于水分子貼附在管壁上，流速等于0。管軸處的流層受管壁影響最小，因此流速最大。其中間流層，流速快的流層對流速慢的流層產(chǎn)生拖力，而流速慢的流層對流速快的流層產(chǎn)生阻撓拖動的阻力，拖力和阻力是一對大小相等、方向相反的力，通常稱為黏滯力（內(nèi)摩擦力）。由于水在管道（或水帶）內(nèi)流動要克服黏滯力，因此有能量損失。水溫對黏滯力有一定影響，水溫越高，水的黏滯力越小。在火場供水中，水溫一般為常溫，變化不大，因而由于水溫變化而造成的能量損失，可以略去不計。2/1/202310山東消防--基礎(chǔ)理論(四)水的濕潤性有些物質(zhì)與水接觸會受潮（或吸水），而有些物質(zhì)與水接觸后不吸水或不易吸水。這與分子間的引力有關(guān)。水分子之間有相互的吸引力，在水面形成表面張力。水分子之間的吸引力稱為內(nèi)聚力。水與固體物質(zhì)接觸，則水分子與固體物質(zhì)分子之間相互的吸引力，稱為附著力。若水與固體物質(zhì)接觸，使其濕潤難燃，如水與木材、紙張接觸。若水分子間的內(nèi)聚力大于附著力，水就不能或不易濕潤固體物質(zhì)，如水與棉花、油氈接觸。水能濕潤的固體物質(zhì)，用水滅火效果好，水不能濕潤的固體物質(zhì)，用水滅火效果就差。對用水不能濕潤的固體物質(zhì)火災，若能減小水的內(nèi)聚力，水的濕潤性就增大。即若能在水中加入適量的拉開粉，減小水的內(nèi)聚力，提高水的濕潤能力，則可以提高水的滅火效果。2/1/202311山東消防--基礎(chǔ)理論(五)水的溶解性溶質(zhì)在水中的擴散稱為溶解。物質(zhì)能否在水中溶解，與物質(zhì)分子的極性有關(guān)。同水分子極性相似的物質(zhì)易溶于水，如食鹽、糖等。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、煤油等。用水可以撲滅易溶于水的固體物質(zhì)，用水可以沖淡易溶于水的可燃液體，使火災得到控制或撲滅。用水可以撲救比水重的不溶解的可燃液體，如用水可以撲滅二硫化碳火災。但比水輕的溶于水的易燃、可燃液體，易在水面擴散，給滅火工作帶來不少困難。但如撲救方法得當，仍能控制和撲滅火災。例如用噴霧水可以有效地撲滅可燃液體火災。2/1/202312山東消防--基礎(chǔ)理論(六)水的導電性水的導電性能與水的密度、水體面積、射流的截面積和射流形式等有關(guān)。純凈水的電阻率很大，為不良導體。純凈水的開花射流和噴霧射流可以撲滅電壓較高的電氣設(shè)備火災。而一般的地表水都含有各種雜質(zhì)，因而導電性各不相同。2/1/202313山東消防--基礎(chǔ)理論水中含有雜質(zhì)時電阻率減少，導電性能增大。一般自來水可用于帶電電氣設(shè)備的撲救，但含雜質(zhì)較多的自來水不宜采用。消防水槍的充實水柱射流截面積增大，導電性能亦隨之增大。同時水流越密集，導電的性能也越大。因此，用直流水槍撲救電氣火災時，應保持一定的安全距離。例如，用口徑16mm水槍，利用一般自來水，保持110KV電壓的電氣設(shè)備火災時，一般應保持5m的安全距離。為安全起見，最好采用開花或噴霧射流撲救帶電的電氣設(shè)備火災。2/1/202314山東消防--基礎(chǔ)理論(七)水的三態(tài)變化水在常溫下為液體，在常壓下水溫超過100℃時，蒸發(fā)成氣體。純凈的水在水溫下降到0℃時，凝結(jié)成固體（稱為冰）。水的這種三相變化（一般稱為三態(tài)變化）具有下列特點：2/1/202315山東消防--基礎(chǔ)理論1、水的比熱容大水溫升高1℃，單位體積的水需要吸收的熱量，稱為比熱容。水比任何液體的比熱容都大。1L水溫度升高1℃，需要吸收4200J的熱量。若將1L常溫的水（20℃）噴灑到火源處，使水溫升到100℃，則吸收熱量336KJ。液體的比熱容以水為標準，將水的比熱容作為1，則其他液體的比熱容均小于1。水的比熱容最大，因而用水滅火，冷卻效果最好。2/1/202316山東消防--基礎(chǔ)理論2、水的汽化熱高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。1L100℃的水，變成100℃的水蒸氣，需要吸收2264KJ的熱量。因此，將水噴酒到火源處，使水迅速汽化成蒸汽，具有良好的冷卻作用。同時，水變成蒸氣時體積擴大。水蒸氣是隋性氣體，占據(jù)燃燒區(qū)空間，具有隔絕空氣的窒息滅火作用。從實驗得知，水蒸氣占燃燒區(qū)的體積達35%時，火焰就將熄滅。2/1/202317山東消防--基礎(chǔ)理論純凈的水溫度下降到0℃，開始凝結(jié)成冰。水結(jié)成冰時，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，因而體積隨之增大，因而體積隨之擴大。因此，消防儲水容器在冬季應進行保溫，防止結(jié)冰，以免水結(jié)成冰時體積擴大，致使消防容器（或存有水的設(shè)備）損壞。含有食鹽或氯化鈣的水，其冰點將降低。含量越多，冰點也越低。2/1/202318山東消防--基礎(chǔ)理論處于流動狀態(tài)的水不易結(jié)冰，因為水的動能將部分地轉(zhuǎn)化為熱能。在冬季火場上，當消防隊員需要轉(zhuǎn)移陣地時，不應關(guān)閉水槍。若需要關(guān)閉時，應關(guān)小射流（保持小流量），使水仍處于流動狀態(tài)，避免水帶內(nèi)的水結(jié)成冰，保持供水不中斷，從而能有效地撲救火災。2/1/202319山東消防--基礎(chǔ)理論烏魯木齊德匯國際廣場批發(fā)市場火災撲救時間:2008年1月2日20時25分接到報警.天氣:西北風,風力五級,零下25度.建筑物:地上12層,地下2層,建筑面積6.5萬㎡.現(xiàn)場:天氣寒冷,火災現(xiàn)場環(huán)境極端惡劣.消防水炮被凍結(jié),消防車水泵被凍裂,舉高車液壓油凝結(jié)、粘稠度增大、流動性差.至1月3日23時,經(jīng)歷27個小時的奮戰(zhàn),大火終于被撲滅.消防官兵共疏散120多名旅客,救出6名被困群眾,但3名消防官兵犧牲.2/1/202320山東消防--基礎(chǔ)理論二、水的化學性質(zhì)水是氫和氧兩元素組成的化合物。在一定條件下，水能電解成氫氣和氧氣。水與金屬氧化物化合成堿，水與非金屬氧化物化合成酸。所有物質(zhì)與水化合必須有一定的工藝條件才能形成。在火災的撲救過程中，水與某些物質(zhì)起化學反應，給撲救火災造成一定的困難。有時甚至造成火災擴大。2/1/202321山東消防--基礎(chǔ)理論(一)水的分解在火場上的消防射流，觸及高溫設(shè)備，水滴瞬時汽化，體積突然擴大，會造成物理爆炸事故。當溫度超過1500℃以上時，水蒸汽將發(fā)生如下分解：

2H2O→2H2+O2形成氫氣和氧氣。氫氣為可燃氣體，氧氣為助燃氣體，氫氣和氧氣相互混合，形成混合氣體，這種混合氣體，爆炸范圍廣，爆炸威力大，在高溫情況下，發(fā)生化學爆炸，其化學反應如下：

2H2+O2→2H2O

氫氣和氧氣相混合形成的混合物，其自燃點一般為400～500℃之間?；饒錾?發(fā)生物理性爆炸之后，很可能將發(fā)生第二次的化學性質(zhì)爆炸。2/1/202322山東消防--基礎(chǔ)理論(二)水與活潑金屬反應水與活潑金屬鋰、鉀、鈉、鍶、鉀鈉合金等接觸，將發(fā)生強烈反應。這些活潑金屬與水化合時，奪取水中的氧原子，放出氫氣和大量的熱量，使釋放出來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。

2Na+2H2O→2NaOH+H2+373KJ2/1/202323山東消防--基礎(chǔ)理論(三)水與金屬粉末反應水與金屬粉末鋅粉、鎂鋁粉等接觸，在火場高溫情況下反應較劇烈，放出氫氣，會助長火勢擴大和火災蔓延。

Zn+H2O→ZnO+H2

金屬鋁粉和金屬鎂粉相互混合的鎂鋁粉與水接觸，比水單獨與鎂粉或鋁粉接觸反應強烈得多。水與鎂粉或鋁粉單獨接觸時，在反應過程中生成氫氧化鋁的氫氧化鎂，而氫氧化鋁和氫氧化鎂是不燃燒的薄膜，在金屬鈉表面阻礙著鋁粉和鎂粉的繼續(xù)燃燒。而水與鎂鋁粉接觸，則同時生成偏鋁酸鎂。

Mg(OH)2+2Al(OH)3→Mg(AlO2)2+4H2O

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（即不能形成氫氧化鋁或氫氧化鎂的薄膜），使水與鎂鋁粉無障礙地繼續(xù)反應，放出氫氣和大量的熱量。

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2+熱量這在火場上會助長燃燒或發(fā)生爆炸現(xiàn)象。在火場用水救火過程中，還應注意到鋅粉受潮能發(fā)熱自燃，應加強保護。2/1/202324山東消防--基礎(chǔ)理論(四)水與金屬氫化物反應水與金屬氫化物氫化鋰、氫化鈉、四氫化鋰鋁、氫化鈣、氫化鋁等接觸，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，也會助長火勢。

NaH+H2O→NaOH+H2+133KJAlH3+3H2O→Al(OH)3+3H22/1/202325山東消防--基礎(chǔ)理論(五)水與硅金屬化合物反應水與硅化鎂、硅化鐵等接觸，會釋放出自燃物四氫化硅。

MgSi+4H2O→2Mg(OH)2+SiH4四氫化硅與空氣中的氧反應，發(fā)生自燃。2/1/202326山東消防--基礎(chǔ)理論(六)水與碳金屬反應水與碳化鈣、碳化鉀、碳化鋁、石灰氮等接觸時，碳化物中的金屬原子與水中的氧原子結(jié)合，而碳化物中的碳原子則與水中的氫原子化合成易燃易爆氣體碳氫化合物，并釋放出大量的熱量。

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2+126KJAl4C3+12H2O→4Al(OH)3+CH4+熱量水與石灰氮（CaCN2）接觸，能釋放出可燃氣體氨。不純凈的石灰氮還能釋放出乙炔氣。在火場上，這些碳氫化合物（如乙炔、甲烷和氨等）都有助長火勢擴大和火災蔓延的可能。2/1/202327山東消防--基礎(chǔ)理論(七)水與硼氫類物質(zhì)的反應水與硼氫類物質(zhì)（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+420KJNaBH4+3H2O→NaBO3+5H2+熱量2/1/202328山東消防--基礎(chǔ)理論(八)水與磷化物反應水與磷酸鈣、磷化鋅等接觸，生成磷化氫。

Ca3P2+6H2O→3Ca(OH)2+2PH3+熱量磷化氫在空氣中能自燃。此外，水與保險粉（學名為連二亞硫酸鈉或低亞硫酸鈉，Na2S2O4）接觸，發(fā)熱分解，會釋放氫氣和硫化氫氣體或硫蒸氣。保險粉與潮濕空氣接觸，亦能發(fā)熱分解，使可燃物起火。2/1/202329山東消防--基礎(chǔ)理論由此可見，水與某些化學物質(zhì)接觸，有可能發(fā)生自燃，釋放出可燃氣體、大量熱量以及有毒氣體等。因此，要根據(jù)火災化學物品的性質(zhì)，采用相應的滅火劑。與水能起化學反應的物質(zhì)，不宜用水撲救。根據(jù)不同物質(zhì)的火災，可采用其他滅火劑，如滑石粉、干粉、干砂和二氧化碳等，進行撲救。2/1/202330山東消防--基礎(chǔ)理論第二節(jié)靜水力學【學習目標】了解液體處于靜止或相對靜止時的力學規(guī)律及其在實際工程中的應用。2/1/202331山東消防--基礎(chǔ)理論一、水壓力水對容器壁和底部的壓力稱為水壓力。單位面積上受的力稱為壓力壓強，簡稱壓強。消防習慣上將壓強稱為壓力。壓強通常用公斤/厘米2、大氣壓、米水柱表示。大氣壓系指大氣對海平面的壓力。1個物理大氣壓=10.33米水柱=1.033公斤/厘米2。2/1/202332山東消防--基礎(chǔ)理論在工程上為了計算方便，1個大氣壓采用1公斤/厘米2（故稱工程大氣壓）。1個工程大氣壓=1公斤/厘米2=10米水柱=735.56毫米汞柱。水中任意一點的靜水壓力大小與其作用面無關(guān)。靜水壓力的大小僅與該點離水面的垂直高度有關(guān)。即靜止的水壓力對一定深度截面上水的壓力與的深度（垂直于水平面的高度）成正比，與容器的開關(guān)和大小無關(guān)。2/1/202333山東消防--基礎(chǔ)理論靜水壓力的特征1、靜止的水壓力垂直作用在任何一面的容壁上.2、水中任意一點,各方向的靜水壓力均相等.3、靜水壓力與液體的容重成正比.4、靜水壓力大小與儲存水的容器的形狀無關(guān).2/1/202334山東消防--基礎(chǔ)理論二、虹吸作用2/1/202335山東消防--基礎(chǔ)理論虹吸作用的動力是大氣壓力的結(jié)果，因此圖中的h不應大于大氣壓力。否則就不能起到虹吸作用。由于水有一定的溫度，具有一定的蒸汽壓，加上水在管道內(nèi)流動時，有壓力損失，故實際工程上使用的h值，一般不超過6～8米。消防給水工程中常采用虹吸使用原理，設(shè)置虹吸管，超載障礙，將高處的水送往底處。在黃河中下游地區(qū)，黃河的河床高出堤岸兩邊的村莊，不少地區(qū)采用虹吸管，將河內(nèi)的水超越堤岸，送往黃河兩邊，供應農(nóng)田排灌、生產(chǎn)、生活用水的同時，解決消防用水。2/1/202336山東消防--基礎(chǔ)理論三、毛細現(xiàn)象水分子間有內(nèi)聚力，水分子與固定物質(zhì)相接觸時有附著力。當內(nèi)聚力大于附著力時，水不不易附著在固體物質(zhì)上；但附著力大于內(nèi)聚力時，水就會被固體物質(zhì)所吸引。用小玻璃管插入液體內(nèi)，有些液體從小玻璃管下降，而有些液體則從小玻璃管內(nèi)上升，高出管外的液面，這種現(xiàn)象是由內(nèi)聚力和附著力的作用造成的，稱為毛細現(xiàn)象.2/1/202337山東消防--基礎(chǔ)理論將小玻璃管插入水中，水從小玻璃管內(nèi)上升，上升的高度與小玻璃的直徑成反比，即小玻璃的直徑越小，液面升的越高。利用毛細現(xiàn)象，可在城市的郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，尋找淺層地下水，鑿井取水，供應生活用水的同時，供應撲救初期火災的用水。2/1/202338山東消防--基礎(chǔ)理論四、靜水壓力的傳遞從靜水力學方程式P=P0+rh可知(其中P0是水表面上的壓力)。P0與水深度無關(guān)，P0值增大或減少時，則P值也隨之增大或減少。即P0將通過水體傳遞到容器內(nèi)的任何部位。壓力等值傳遞在消防上應用較廣泛，例如水壓機、千斤頂?shù)?，都是利用這個原理制造的。2/1/202339山東消防--基礎(chǔ)理論2/1/202340山東消防--基礎(chǔ)理論五、浮力物體浸入水中，當物體的容重大于水時，則物體沉入水底；當物體的容重與水相同時，物體潛入水中的任何位置上；當物體的容重小于水的容重時，物體浮出水面。2/1/202341山東消防--基礎(chǔ)理論六、測量水壓的儀表靜水壓力可用儀表來測量。常用的測量儀有液體測壓計和機械壓力表兩種。U形管內(nèi)充水銀而不充水的原因，是水銀的容重較大，這樣U形管不必做很高。2/1/202342山東消防--基礎(chǔ)理論機械彈簧壓力表采用較為廣泛，因為液壓計在實際使用中很不方便，尤其在火場供水中更不能運用，因此，火場上測量水壓均采用壓力表。壓力表由表面刻度和指針、齒輪和游絲以及彈簧彎曲金屬管組成。

2/1/202343山東消防--基礎(chǔ)理論表內(nèi)有一個封閉的有彈性的彎曲金屬管，另一端為開口，與要測定壓力的容器、管道、水帶連接，在壓力的作用下，彎曲的金屬管就要伸直，于是帶動杠桿使指針轉(zhuǎn)動，指針在刻度盤上把壓力的數(shù)值指示出來。當壓力表和大氣連接時，壓力表的指針對準刻度零位?？潭缺P上的壓力是相對壓力，一般稱為表壓。使用壓力表時應注意使用的壓力數(shù)值，一般不應超過刻度表上最大壓力數(shù)的3/4。若使用壓力過大，則彎曲金屬管伸的過直，金屬會發(fā)生疲勞，使壓力表的準確度受破壞。壓力表用于測量壓力大于大氣壓的壓力。若要測量壓力小于大氣壓的壓力時，可用真空表。真空表的構(gòu)造與壓力表相似，表盤上的讀數(shù)指真空度，一般以毫米水銀柱表示。2/1/202344山東消防--基礎(chǔ)理論第三節(jié)消防動力水學一、水運動的類型水在管道或水帶內(nèi)流動，水分子之間以及水分子與管道壁（或水帶壁）之間均有摩擦力。因此水分子流動過程中存在速度差。管道（或水帶）的中心線流速最大，越靠近管壁流速越小，在管壁處流速等于零。當流速不大時，處于分層流動狀態(tài)，稱為層流.當流速不斷增大，達到一定流速后，水流中水分子相互攪動，水分子在流動過程中相互竄越，不再成流線狀前進。這種水分子處于紊亂狀態(tài)下前進的水流，稱為紊流.2/1/202345山東消防--基礎(chǔ)理論2/1/202346山東消防--基礎(chǔ)理論層流變成紊流時的流速界限，稱為臨界流速。層流的阻力較小，而紊流的阻力較大。由層流變成紊流的臨界流速較大，但由紊流轉(zhuǎn)變層流時的流速較小。例如，直徑85mm的管道中，水流由層流變成紊流的臨界流速為0.15m/s；而紊流狀態(tài)的水流轉(zhuǎn)變成層流時，其臨界流速則為0.079m/s。消防管道或消防水帶內(nèi)的水流均處于紊流狀態(tài)。2/1/202347山東消防--基礎(chǔ)理論二、水流的連續(xù)方程式水是不能壓縮和伸張的。設(shè)管中充滿水，而且處于穩(wěn)定流動.2/1/202348山東消防--基礎(chǔ)理論垂直于水流方向，選取兩個斷面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ，用ω1、ν1及ω2、ν2分別表示兩斷面的面積和流速，流過兩斷面處的流量各為Q1、Q2：

Q1=ω1ν1Q2=ω2ν2

截面Ⅰ-Ⅰ流入的流量等于斷面Ⅱ-Ⅱ流出的流量，水以固定流量連續(xù)地流動，因此，Q1=Q2，所以

ω1ν1=ω2ν2，即：

ν1/ν2=ω2/ω1

水在管道（或水帶）內(nèi)流動時，流速和斷面積成反比，即斷面積大的流速小，斷面積小的流速大。2/1/202349山東消防--基礎(chǔ)理論三、消防水帶的壓力損失消防水帶的壓力損失計算公式為：

h=SQ2式中：h—每條水帶的壓力損失（×104Pa）；

Q—水帶內(nèi)的流量（L/s）；

S—每條（20m長）水帶的阻抗系數(shù)（Pa˙s2/L2）2/1/202350山東消防--基礎(chǔ)理論為火場供水和消防給水設(shè)計方便起見，經(jīng)計算后，將我國目前常用的麻質(zhì)水帶和膠里水帶長度為20m時的壓力損失和流量關(guān)系列成表，以供實際使用。該表中列出的每條水帶壓力損失為新水帶壓力損失。水帶與管道不同，水帶必須在一定壓力下才能鼓成圓形，水帶內(nèi)水壓增大，水帶的直徑和長度亦隨之增大，則水帶的阻力也隨之發(fā)生變化。2/1/202351山東消防--基礎(chǔ)理論四、水錘作用有壓力的水在管道或水帶內(nèi)流動時，由于消防閥門、消火栓、水槍等的迅速關(guān)閉或消防車輪跨壓，使管道或水帶內(nèi)的水瞬時停止流動，造成在管道、水帶內(nèi)的水壓瞬時升高。升高的壓力對管道、水帶或單向閥等的作用如錘擊一樣，這種現(xiàn)象稱為水錘作用。

由于水錘作用，管道或水帶內(nèi)增加的壓力可達幾個甚至幾百幾個大氣壓力，導致管道或水帶的破裂，影響火場供水。水錘形成的瞬時升高的壓力，可按下述方法進行計算。2/1/202352山東消防--基礎(chǔ)理論(一)完全水錘壓力計算（一）完全水錘壓力計算

若閥門或水槍的關(guān)閉時間很短，當關(guān)閉時間t≤(L為管道或水帶長度，α為沖擊波傳遞速度)，稱為完全水錘，又稱為直接水錘。

完全水錘的瞬時升高壓力可按下計算：H=

式中：H—水錘瞬時升高的壓力（mH2O）；

α—沖擊波傳遞速度（m/s）；直徑在200mm以下的鋼管、鑄鐵管，α=1200m/s；直徑超過200mm的鋼管、鑄鐵管，α=1435m/s；新的水帶α=80m/s；舊的水帶α=120m/s；

ν—水錘前管道或水帶內(nèi)平均流速（m/s）；

g—重力加速度，g取9.8m/s2。2/1/202353山東消防--基礎(chǔ)理論(二)不完全水錘壓力計算若閥門或水槍關(guān)閉時間不快，當關(guān)閉的時間t>時，稱為不完全水錘，又稱間接水錘。不完全水錘的升高壓力可按下式計算：

H=

·

式中：H—水錘升高壓力（mH2O）；

α—沖擊波傳遞速度（m/s）；

ν—水在管道內(nèi)的流速（m/s）；

L—管道或水帶長度（m）；

t—關(guān)閉時間（s）。2/1/202354山東消防--基礎(chǔ)理論例1：有一消防給水鑄鐵管道，直徑為150mm，流速為2.5m/s，關(guān)閉閥門的時間為2s，管道長度為200mm，試求水錘瞬時升高壓力。解：①鑒別水錘性質(zhì)

t=0.333(s)

閥門關(guān)閉時間為2s，大于0.333s，所以屬不完全水錘。

②水錘瞬時升高的壓力

H=27.8（mH2O）2/1/202355山東消防--基礎(chǔ)理論例2：水帶長180m（新水帶），直徑65mm，流速為3m/s，接出一支開關(guān)式水槍，在火場滅火時需要轉(zhuǎn)移陣地，關(guān)閉水槍時間為1s，管道長度為200mm，試求水錘瞬時升高壓力。①鑒別水錘性質(zhì)t=4.5(s)

閥門關(guān)閉時間為1s，小于4.5s，所以屬完全水錘。②水錘瞬時升高的壓力

H=24.5（mH2O）2/1/202356山東消防--基礎(chǔ)理論水錘作用與管道的材質(zhì)、流速及管道的長度有關(guān)。特別是關(guān)閉閥門的速度影響很大。消防給水管道由于水錘的作用，常常引起管道的破裂?；饒龉┧?，常常引起水帶爆破，造成火場供水中斷，火勢擴大。因此，在關(guān)閉管道閥門時應緩慢些，同樣關(guān)閉水槍時亦應防止水錘的破壞作用。在火場調(diào)動消防車輛時，更應防止消防車輪跨壓水帶。2/1/202357山東消防--基礎(chǔ)理論五、孔板壓力損失消防上利用孔板的局部壓力損失，可以降低個別壓力過高消火栓的壓力。例如，在固定泡沫給水系統(tǒng)中，降低消防泡沫栓的壓力；高層建筑給水系統(tǒng)中，降低泵站出口處消火栓（或底部幾層消火栓）的出口壓力；以及利用孔板減壓法制造在線泡沫比例混合器等2/1/202358山東消防--基礎(chǔ)理論孔板就是中間有個孔洞的薄鋼板。孔板減壓原理是使水通過截面積較小的孔洞，以便在孔板處造成局部的水頭損失。因此，裝有孔板的管道在水流過孔板時，能造成局部水頭損失，以降低孔板的壓力?？装逅^損失可按下式進行計算：

h=SQ2

式中h—孔板的水頭損失（mH2O）

Q—通過孔板的流量（L/s）；

S—孔板的阻抗系數(shù)（mH2O˙s2/L2）2/1/202359山東消防--基礎(chǔ)理論在實際運用中，消火栓出口直徑或管道的直徑和要降低的壓力是已知的，只需要確定孔板的直徑。根據(jù)需要的流量和減低的壓力，按上式求出阻抗系數(shù)S值，然后按孔板的阻抗系數(shù)S值去查表，就能得到需要的孔板的孔徑。2/1/202360山東消防--基礎(chǔ)理論六、水槍射流（一）水槍的基本組成

直流水槍是由槍筒和噴嘴所組成的，直流水槍密集射流的質(zhì)量與水槍噴嘴有密切關(guān)系。

1、水槍噴嘴

消防直流水槍噴嘴一般采用具有出口斷面方向收斂的圓錐體狀噴嘴。圓錐形噴嘴的主要用途是增加水流的出口速度，以形成動能較大的射流，并使射流不分散。2/1/202361山東消防--基礎(chǔ)理論2/1/202362山東消防--基礎(chǔ)理論直流水槍噴嘴應滿足下列要求：（1）要使壓能變動能過程中能量損失減至最小限度，噴嘴內(nèi)壁制成逐漸收斂的流線型是最理想的。但由于機械加工的困難，一般可以采用圓錐形的構(gòu)造，其圓錐角可為13。。（2）為了使離開水槍噴嘴后射流有較大的斷面積，噴嘴出口處應有一段圓柱形的短管，如圖6-1所示，其長度相當于噴嘴的半個口徑到一個口徑，即L1=（0.5～1.0）d。在噴嘴出口的邊沿上應有反邊，以防噴嘴遭到機械損壞。噴嘴底部口徑應約為噴嘴口徑的1.8倍，即D=1.8d。（3）噴嘴內(nèi)表面光滑程度對水流影響較大，為保證噴嘴質(zhì)量，噴嘴材料應用有色金屬制造且噴嘴內(nèi)壁機械加工，應不小于六級光潔度。2/1/202363山東消防--基礎(chǔ)理論2、槍筒及穩(wěn)流器

槍筒的構(gòu)造要求有良好的水力條件。為減少從水帶來的水流渦流，在槍筒內(nèi)安裝穩(wěn)流器（導流裝置），使水流流過截面積較小的孔洞，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。常用的穩(wěn)流器有管束式、中心式、井字式和三棱片式四種.2/1/202364山東消防--基礎(chǔ)理論在消防水槍中，最常用的是中心管式和三棱片式兩種。中心管式多用于噴嘴口徑大于25mm的手提式水槍。2/1/202365山東消防--基礎(chǔ)理論(二)射流及類型消防射流是滅火時由水槍噴射出來的高速水流。常見的射流類型有分散射流（包括噴霧、開花射流兩種）和密集射流。

1、分散射流

高壓水流經(jīng)過離心作用、機械撞擊和機械強化作用，使水流分散成點滴狀態(tài)離開水槍形成擴散狀或幕狀射流，稱為分散射流。2/1/202366山東消防--基礎(chǔ)理論（1）噴霧射流分散射流時，水滴直徑平均小于100μm時，稱為噴霧射流。噴霧射流的特點是，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，水漬損失小，除煙效果好。應用于石油化工企業(yè)水幕分隔裝置，可燃易燃液體和電氣火災的撲救等。（2）開花射流分散射流時，水滴直徑平均在100～1000μm時，稱為開花射流。開花射流的特點同噴霧射流，其適用范圍一般是要求水漬損失小和缺水地區(qū)。國內(nèi)的自動噴灑裝置（灑水型）和水幕設(shè)備也采用開花射流。2/1/202367山東消防--基礎(chǔ)理論2、密集射流

經(jīng)過直流水槍，噴出形似結(jié)實的射流稱為密集射流。密集射流的特點是，密集射流靠近水槍口處的射流密集而不分散，離水槍口較遠處射流逐漸分散。密集射流耗水量大，射程遠，沖擊力大，機械破壞力強。在滅火中主要使用直流水槍，以密集射流撲救火災。2/1/202368山東消防--基礎(chǔ)理論2/1/202369山東消防--基礎(chǔ)理論(三)水槍噴嘴流量和壓力水槍要產(chǎn)生密集射流，水流必須具有很大的速度。而水流速度的產(chǎn)生是由于水槍噴嘴前有一定的壓力，這個壓力稱為水槍壓力。2/1/202370山東消防--基礎(chǔ)理論(四)密集射流的計算1、影響密集射流質(zhì)量的因素

密集射流的質(zhì)量與水壓大小、水槍構(gòu)造和噴嘴角度有關(guān)。一般受下列因素的影響：（1）水槍噴嘴越光滑，水力條件越好（越接近流線型），在同一噴嘴壓力下，充實水柱也越長。（2）噴嘴壓力越大，同一水槍充實水柱和流量也越大，但一般情況下，手提式水槍噴嘴壓力不要超過0.59Mpa。（3）同樣噴嘴壓力下，水槍口徑越大，流量也越大。2/1/202371山東消防--基礎(chǔ)理論（4）槍筒結(jié)構(gòu)的水力條件越好，在同樣水壓下，同一水槍射流越密集，充實水柱越大。（5）密集射流最大射程與槍彈不同。槍彈的發(fā)射角度與水平面成45°時射程最大，槍彈以接近拋物線的彈道旋轉(zhuǎn)前進，受空氣阻力很小。水槍密集射流則不同，它受空氣阻力影響很大。試驗證明，當水槍的水流噴射角度與水平面30°～32°時射程最遠；成90°時，射程最高。注意帶架水槍角度不能超過60°.2/1/20