水帶的技術(shù)性能及水頭損失1.ppt

1、技 術(shù) 裝 備 教 研 室 主 講: 王 忠 波,火場供水,Tel: 2068569(O); Email: ,火場供水的要求 1、作業(yè) 2、實驗報告 （前兩項占總成績10%） 3、期末考試占總成績90%,火場供水解決的問題 1、制定滅火預案 2、火災現(xiàn)場供水指揮 3、滅火總結(jié),本書講解共有六章 第一章 壓力損失計算 第二章 火場供滅火劑器材常用技術(shù)數(shù)據(jù) 第三章 火場供水方法 第四章 火場供滅火劑力量的計算 第五章 火場供水組織指揮 第六章 信息技術(shù)在火場供水中的應用,實際主要解決 1 火場消防車數(shù)量 火場戰(zhàn)斗車數(shù)量 火場供水車數(shù)量 2 火場供水計劃,火場供水課程地位 消防技術(shù)裝備 火場供水 戰(zhàn)

2、術(shù),火場供水課程的學習方法 1.火場供水課程的特點 (1) 實踐性強 (2) 理論性強 (3) 專業(yè)性強 2.學習方法 (1) 掌握基本概念、公式 (2) 理論與實踐相結(jié)合,一、流動形態(tài)的判別標準雷諾數(shù),1-1 管道、水帶水頭損失計算,二、能量損失的兩種形式,三、能量損失的計算公式,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,水在管道內(nèi)流動，由于水分子之間、水分子與管壁之間有摩擦，造成水的能量損失。在層狀態(tài)下，水的摩擦損失（水頭損失）較小，水頭損失與流速的一次方成正比。當水流的流速超過臨界流速，處于紊流狀態(tài)時，水頭損失大大增加，此時水頭損失與流速的二次方成正比。雷諾通過試驗得知，由層流變成紊流的原因，同管內(nèi)的流

3、速、管道（水帶）的直徑和液體的粘滯系數(shù)有關(guān)。,一、流動形態(tài)的判別標準雷諾數(shù),一、流動形態(tài)的判別標準雷諾數(shù),式中：Re雷諾數(shù)，由層流變紊流時的雷諾數(shù) 稱為臨界雷諾數(shù)，其值為2300； v流速，m/s； d管道直徑，m； V液體的粘滯系數(shù)（見表1-1-1）。,二、能量損失的兩種形式,把液體的能量損失分為沿程能量損失和局部能量損失兩種形式。 1、沿程能量損失 液體在過水斷面的大小、形狀、方向都不改變的管道中作均勻流動時，液體所受的阻力只有沿程不變的切應力，克服這種阻力做功而產(chǎn)生的能量損失為沿程能量損失，用hf表示。 2、局部能量損失 液體流動的固體邊界如果在局部發(fā)生急劇的變化（大小、形狀、方向等），

4、 將產(chǎn)生相對集中的能量損失，稱之為局部能量損失，用hj表示。,恒定流能量方程(伯努利方程),z是對基準面的位置高程，稱為位置水頭,p/表示測壓管高度，習慣上稱為壓強水頭,v2/2g 稱為流速水頭,z+(p/)（v2/2g）稱為總水頭,h12稱為水頭損失,三、能量損失的計算公式,三、能量損失的計算公式,1、沿程能量損失的計算公式 消防管道、水帶內(nèi)的水頭損失與下述因素有關(guān)。,設水在截面積相等的管道內(nèi)作穩(wěn)定流動；如圖所示 。 假定： v水的平均流速，m/s; F截面積，m2，常數(shù); S截面上濕周長度，m；,L管段長度，m（即I、II兩斷面間的距離）； R水的容重，Kg /m3 管軸與水平面成的角度，

5、度； Z1截面I重心的高度，m； Z2截面II重心的高度，m；,三、能量損失的計算公式,由于截面面積為恒定，同時水流是連續(xù)的，即：v常數(shù) 按力學分析可知，當一物體在靜止時或作等速運動時，作用在這物體上的力處于平衡狀態(tài)。 取截面I至II間的管段，設作用于截面I上的平均壓力為p1，則作用于截面I左方的總壓力為： P1p1F P1與截面I垂直，即與管軸平行，方向與水流方向相反。,三、能量損失的計算公式,設作用于截面II上的平均壓力為p2，則作用于截面II右方的總壓力為： P2p2F P2與管軸平行，但方向與水流方向相同。 水流的體積等于FL，其重量W（Kg）為： W=rFL 力作用于液柱的重心，方向

6、系垂直向下。,三、能量損失的計算公式,當水流動時，由于水的粘滯性及管壁的粗糙度，而有阻力產(chǎn)生。以0代表水與管壁每單位接觸面上的阻力（Kg /cm2）。接觸表面等于周長與長度的乘積。以T表示阻力（Kg），則 T=0SL 式中S為周長。 此力與管軸平行，但與流動方向相反。,三、能量損失的計算公式,上述作用于水柱上所有的力均處于平衡狀態(tài)，即沿管軸方向所有的力的投影等于零。 P1-P2-T-Wsin=0 （p1-p2）F=0SL-rFLsin=0,三、能量損失的計算公式,但sin ，代入上式，則得： （p1-p2）F+rF(Z1-Z2)= 0SL,兩邊除以rF，則 對I、II兩斷面作伯諾里方程式，得：

7、 由于兩斷面是等斷面，故，v1=v2，則： 將公式（1）與（2）比較，并將hf代入公式（1），得：,三、能量損失的計算公式,水流截面積與濕周之比為水力半徑R， 即： ，由此得 ，代入公式(3)。 消防管道為圓形截面，則 圓形管的水頭損失：,三、能量損失的計算公式,試驗證明： 而 ，則 代入公式（4）。 則得管道和水帶（圓形截面）的水頭損失為：,式中：摩擦系數(shù)，取決于管道、水帶壁的粗糙度； D管道和水帶的直徑，米；,三、能量損失的計算公式,三、能量損失的計算公式,公式（5）指出，水帶和管道的壓力損失與管道、水帶的粗糙度、長度、直徑以及水的流速有關(guān)。與管道、水帶內(nèi)的水壓大小無關(guān)。,式中：摩擦系數(shù)，

8、取決于管道、水帶壁的粗糙度； D管道和水帶的直徑，米； v平均流速，米/秒； g重力加速度，米/秒； L水帶長度，米； 流速水頭，米水柱。,2、局部能量損失的計算公式 局部能量損失的計算公式在這里不做推導，但為計算方便，人們把局部能量損失的計算公式也寫成了流速水頭倍數(shù)的形式，即,三、能量損失的計算公式,3、能量損失的計算公式 一個恒定流動的總機械能損失應等于各流段沿程能量損失和所有局部能量損失之河，即,三、能量損失的計算公式,（一） 水帶水頭損失 若在消防水帶兩端安上壓力表，當水流過水帶時，可以觀測到進口處壓力表上指示的壓力大，末端壓力表上指示的壓力小，可見水流過水帶有水頭損失（壓力損失）。實

9、驗說明，水帶的壓力損失大小與水帶的內(nèi)壁光滑程度、長度、直徑以及流量有密切關(guān)系。 水帶壓力損失可按公式（8）計算。 水帶內(nèi)的流速為,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,式中：v水在水帶內(nèi)的流速，米/秒； Q水在水帶內(nèi)的流量，米3/秒； 水帶截面積，米2。 將上式v和代入公式 得,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,從公式（9）中可以看出，水帶的壓力損失與水帶的粗度、水帶長度成正比例，與流量平方成正比例，水帶直徑的5次方成正比例。,設 ，則公式（9）成為 以代替 ，則 若L =S，則水帶水頭損失公式為,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,水頭損失 水流流過水帶的能量變化。,1、單條水帶水頭損失的計算公

10、式, 水平鋪設,Pdx = Pd + Px,Pdx 每條水平鋪設的水帶的水頭損失，104Pa,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,1、Pdx = Pd + Px,Pd = SQ2,S是水帶的阻抗系數(shù),Q是水帶內(nèi)的流量，單位 L/s,Px 是水平鋪設水帶的修正系數(shù)。,中壓時取 0.5104 Pa,常壓時取 0,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,例：D65mm膠里水帶，流量6.5L/s，水帶阻抗系數(shù)0.035，計算其水頭損失？ 解：Pdx=Pd+Px =0.0356.52+0=1.48(104pa),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,垂直鋪設低壓水帶，每條水帶的，可按下式計算。, 垂直鋪設,Pdy

11、 = Pd + Py,式中：Pdy是每條水帶的壓力損失104pa ； Py 是垂直鋪設水帶修正系數(shù)。僅適于中低壓消防車，一般取值為1104pa。,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,例：沿窗口垂直鋪設D65mm膠里水帶，鋪設水帶系數(shù)0.8，流量6.5L/s，水帶阻抗系數(shù)0.035，計算其水頭損失。 解： Pdy= Pd+Py = 0.00356.52+0 =1.48(104pa),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,水帶系統(tǒng)的水頭損失,串聯(lián)系統(tǒng),并聯(lián)系統(tǒng),水平鋪設,垂直鋪設,水平鋪設,垂直鋪設,壓力損失疊加法,阻力系數(shù)疊加法,混聯(lián)系統(tǒng),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,2、水帶串聯(lián)系統(tǒng)水頭損失的計算方法,PD = Pdx

12、1 + Pdx2 + +Pdxn, 水平鋪設的串聯(lián)系統(tǒng),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,= Pdx1 + Pdx2 + +Pdxn,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,= nkQ2 +npx,阻力系數(shù)疊加法,壓力損失疊加法,=npdx,= k總Q2 +npx,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算, 水平鋪設的串聯(lián)系統(tǒng),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,水平鋪設 1盤 D65膠里水帶，1 盤D80膠里水帶，水帶過水流量6.5 L/s，計算其水頭損失。,D65 膠里,D80膠里,= K1Q2+Px+K2Q2+Px,= 0.0356.52+0+0.0156.52+0,= 2.11 (104Pa),（K1+K2）Q2, 垂直鋪設的串聯(lián)系

13、統(tǒng),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,=K1Q2+Py+K2Q2+Py+ +KnQ2+Py,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,沿窗口垂直串聯(lián)鋪設1盤 D65 膠里水帶，1盤D65 麻質(zhì)水帶，過水流量 6.5L/s，計算其水頭損失。,D65膠里,D65麻質(zhì),=K1Q2+Py+K2Q2+Py,=0.0356.52+0+0.0866.52+0,= 5.11 (104Pa),3、水帶并聯(lián)系統(tǒng)水頭損失的計算方法, 水平并聯(lián)鋪設,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,3、水帶并聯(lián)系統(tǒng)水頭損失的計算方法, 水平并聯(lián)鋪設, 各支線鋪設情況完全相同,各支線鋪設的是同型、同材質(zhì)、等長的水帶,ql支 = Q / n,此時，整個并聯(lián)系統(tǒng)的水頭損

14、失等于任意一條支線的水頭損失。, 各支線鋪設情況完全相同,此時，整個并聯(lián)系統(tǒng)的水頭損失等于任意一條支線的水頭損失。,K支1 = K支2 = K支3,PD= PD支1= PD支2= PD支3,ql支 = Q / n,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,消防車兩側(cè)水泵出口各水平鋪設 1 條 3D65 膠里水帶支線，合并后接 QJ32 移動式帶架水槍，水槍工作壓力 55104 Pa，流量 26L/s，計算并聯(lián)系統(tǒng)的水頭損失。,3D65 膠里,3D65 膠里,PD= PD支1= PD支2,K支1 = K支2,= K支1ql支2+Px1,3D65 膠里,3D65 膠里,PD= PD支1= PD支2,K支1 = K

15、支2,ql支 = Q / n,= 26 / 2,= 13 (L/s),PD= PD支1,= 17.745 (104Pa),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算, 各支線鋪設情況不完全相同,把各支路組成的整個并聯(lián)系統(tǒng)看作一個整體來計算,KD是整個并聯(lián)系統(tǒng)總的阻抗系數(shù),KD是整個并聯(lián)系統(tǒng)總的阻抗系數(shù),?,K支 支線的阻抗系數(shù),n 支線的數(shù)量, 各支線鋪設情況不完全相同,消防車兩側(cè)水泵出口，一出口鋪設 2D65 膠里水帶，另一出口鋪設 2D65 麻質(zhì)水帶，合并后接 QJ32 移動式帶架水槍，水槍的工作壓力為 55104Pa，流量26L/s，計算并聯(lián)系統(tǒng)的水頭損失。,2D65 膠里,2D65 麻質(zhì),KD,= 6.

16、19,KD = 0.026,= 0.026262 + 0,= 17.58 (104Pa),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算, 垂直并聯(lián)鋪設, 各支線鋪設情況不完全相同, 各支線鋪設情況完全相同,4、水帶混聯(lián)系統(tǒng)水頭損失的計算,干線接分水器,PD=PD干+PD支,式中： PD是串、并聯(lián)混合系統(tǒng)的壓 力損失，104pa ； PD干是每條干線水帶的壓力損 失，104pa ； PD支是任一支線每條水帶的壓 力損失，104pa。,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,4、水帶混聯(lián)系統(tǒng)水頭損失的計算,雙干線接集水器 PD=PD干+PD支 = k總Q2 =(k支+k干)Q2 =(k1/n2+k干)Q2 =(k2/n2+k干)Q

17、2,式中：PD是串、并聯(lián)混合系統(tǒng)的壓力損失， 104pa ； K總是串、并聯(lián)混合系統(tǒng)的總阻抗系數(shù)； Q是串、并聯(lián)混合系統(tǒng)的流量，L/s; K支是支線并聯(lián)系統(tǒng)（任一條）的阻抗系 數(shù)； K干是干線串聯(lián)系統(tǒng)的阻抗系數(shù)； K1 、K2是支線各線的阻抗系數(shù)。,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,水泵出口接 3D65 膠里水帶干線，利用 2 分水，出 2 條 2D65 膠里水帶支線，出 2 支SK15 m的19 水槍，水槍流量6.5 L/s，計算混聯(lián)系統(tǒng)的水頭損失。,3D65 膠里,2D65 膠里,2D65 膠里,19,19,PD = PD干 + PD支,3D65 膠里,2D65 膠里,2D65 膠里,19,19,

18、PD = PD干 + PD支,= 30.035(6.52)2+0 ,= 17.745 (104Pa),四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,PD支= 2(0.0356.52+0),= 2.958 (104Pa),PD = PD干 + PD支,= 17.745 + 2.958,= 20.7 (104Pa),例：消防車接2條支線，每條支線為5條直徑65mm膠里水帶,集水器前接1條直徑65mm膠里水帶,出1支口徑25mm水槍，流量15.2L/s,計算水帶系統(tǒng)壓力損失是多少？,解：k1 =k2=0.0355=0.175 k干=0.035 k支= k1/n2= k2/n2=0.175/22=0.044 PD= (k

19、支+k干)Q2 =(0.044+0.035)15.22=18.25(104pa),火場供水時，由于消防車型號各不相同，消防車配備水帶也各不相同，水帶干線最好鋪設大口徑水帶，這樣就會使系統(tǒng)水頭損失為最小。 不同型、不同徑水帶混聯(lián)系統(tǒng)的壓力損失也可以用壓力損失疊加法和阻力系數(shù)計算法。,四、水帶系統(tǒng)水頭損失計算,例：消防車接2條支線，一條支線為5條D65膠里水帶,另一條支線為5條D65麻質(zhì)水帶，集水器前接1條D80膠里水帶,出1支口徑25mm水槍，流量15.2L/s,計算水帶系統(tǒng)壓力損失是多少？,解：k1 =0.0355=0.175 k2= 0.0865=0.43 k干=0.015,PD= (k支+

20、k干)Q2 =(0.065+0.015) 15.22=18.48(104pa),k支=0.065,橡膠吸水管的水頭損失,hfkQ2 式中hf每2米長吸水管水頭損失，（104Pa）米水柱； Q流過吸水管的水量，L/s； K橡膠吸水管的阻抗系數(shù)，,橡膠吸水管阻抗系數(shù)表,第二節(jié) 水錘作用,1.定義：有壓力的水，在管道、水帶內(nèi)流動時，由于消防閥門、消火栓、水槍等的迅速關(guān)閉或消防車輪跨壓水帶等作用，使管道、水帶內(nèi)的水流瞬時停止流動，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。 2.危害：由于水錘作用，管道或水帶內(nèi)增加的壓力可達幾個或至幾百個

21、大氣壓力，導致管道、水帶的破裂，影響火場供水。,水錘作用,3、分類：完全水錘 ；不完全水錘,式中：L為管道、水帶長度，米； 為沖擊波傳遞速度，米/秒）,稱為不完全水錘，又稱間接水錘。,稱為完全水錘。,完全水錘 H水錘瞬時升高的壓力，米水柱； 沖擊波傳遞速度，米/秒，直徑在200毫米以下的鋼管、鑄鐵管1200米/秒；直徑超過200毫米的鋼管、鑄鐵管1435米/秒；新的水帶80米/秒；舊的水帶120米/秒； v水錘前管道、水帶內(nèi)平均流速，米/秒； g重力加速度，g9.81米/秒2,水錘作用,水錘作用,不完全水錘 H水錘升高壓力，米水柱； 沖擊波傳遞速度，米/秒； v水在管道內(nèi)的流速，米/秒； L管道、水帶長度，米； t關(guān)閉時間，秒；,例題：有一消防給水鑄