消防水力学基础知识

第一节 水的性质
7.水与磷化物发生反应 水与磷化钙、磷化锌等接触、生成磷化氢，磷化氢在空气中能自然。 Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3↑+热量 由此可见，水与某些化学物质接触，有可能发生自燃，释放出可燃气体和大 量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。凡与水接触能引起化学反应的物质严禁用水扑 救。

压力 /Mpa 水体积 0.1 1.0000 10 0.9943 20 0.9897 30 0.9853 40 0.9810 50 0.9766

从表4-2中可以看出，随着压力增加水体积变化不大。因此，在一般计算中， 通常把水看成是不可压缩的液体，但对个别特殊情况，水的压缩性不能忽略。 如水枪上的开关突然关闭时，会产生一种水击现象，在研究这个问题时，就 必须考虑液体的压缩性。
消防射流是指灭火时由射水器具喷射出来的高速水流。
（二）消防射流的类型
常见的射流类型有密集射流和分散射流两种。
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，如图4 -2 所示。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。

（六）水的导电性
水的导电性能与水的纯度、射流形式等有关。水中含有杂质越多，电阻 率越小，导电性能越大。纯净水电阻率很大，为不良导体。天然水源一般都 含有各种杂质，因而被称为良性导体。流散于地面的水均能导电，在火场上 应防止触电。
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
消防水力学基础知识
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– 甘肃省公安消防总队 马志锋
目 录
第一节 水的性质
第二节 水的灭火作用
第三节 消防射流
第四节 的液体，其不仅取用方便，分布广泛，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。
一、水的基本特性
2H2O
高温


2H2↑ + O2↑ +热量

氢气为可燃气体，氧气为助燃气体，氢气和氧气相互混合，形成混合 气体，在高温下极易发生化学性爆炸，其爆炸范围广、爆炸威力大，若无可 靠的防范措施，就会造成火灾爆炸事故。

（二）水的化学反应
水能与许多物质起化学反应。 1.水与活泼金属反应 水与活泼金属锂、钾、钠、锶、钾钠合金等接触，将发生强烈反应：
2Na+2H2O
高温





2NaOH + H2 ↑+热量

这些活泼金属与水化合时，夺取水中的氧原子，放出氢气和大量热量， 使释放出来的氢气与空气中的氧气相混合形成的爆炸性混合物，发生自燃或 爆炸。



第一节 水的性质
2.水与金属粉末反应 水与锌粉、镁粉等金属粉末接触，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。 Zn+H2O=ZnO+ 2H2↑ 金属铝粉和镁粉相互混合的镁铝粉与水接触，比水单独与镁粉或铝粉接 触反应强烈得多。 Mg(OH)2 + 2Al(OH)3 = Mg(AlO2)2 + 4H2O 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2 ↑ +热量 水与镁粉或铝粉单独接触时，在反应过程中生成不溶于水的氢氧化铝和 氢氧化镁沉淀，而氢氧化铝和氢氧化镁是不燃烧的薄膜，覆盖在金属表面，阻 碍着铝粉和镁粉的继续燃烧。而水与镁铝粉接触，则同时生成偏铝酸镁。偏铝 酸镁溶解于水，因而使镁铝粉表面不能形成不燃的薄膜，使水与镁铝粉无障碍 地继续反应，放出氢气和大量的热量，这在火场上会助长燃烧或发生爆炸现象
第一节 水的性质

(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 热很大，1L100℃，变成100℃的水蒸气，需要吸收吸收2264KJ的热量。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。 同时，水变成蒸汽时体积扩大。1L水变成水蒸气后体积扩大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。试验 得知，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
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方面。 单位体积内所具有的质量称为密度，单位体积内所具有的重量为容重。不 同液体的密度和容重各不相同、同一种液体的密度和容重又随温度和压强而变 化。在正常大气压强条件下，水在不同温度时的容重见表4-1。水在4℃时容重 最大，此时1L纯净的水重1㎏。
(三）水的冰点
纯净的水温度下降到0℃时，开始凝结成冰。水结成冰时，释放出溶 解热335KJ/L。水结成冰，由液体状态变成固体状态，水分子间距离增大， 因而体积随之扩大。因此，在冬季应对对消防给水管道和储水容器进行保 温，防止结冰，以免水结成冰时体积扩大，致使消防设备损坏。 处于流动状态的水不易结冰，因为水的部分动能转化为热能。因此， 为了不使水带内结冰，在冬季火场上，当消防队员需要转移阵地时，不要 关闭水枪。若需要关闭时，应关小射流，使水仍处于流动状态。
第一节 水的性质
3.水与金属氢氧化物反应 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，则氢化物和水的氢原子放出，产生 大量的氢气，也会助长火势。 NaH+H2O=NaOH+H2↑+热量 AlH3+3H2O = Al(OH)3+3H2 4.水与硅金属化合反应 水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自然物四氢化硅： MgSi + 4H2O = 2Mg(OH)2 + SiH4 四氢化硅易与空气中的氧反应，发生自然。
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。凡是由极性分子或者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者 不溶于水，如：汽油、煤油、柴油、苯等。 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，也可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾得到控制或扑灭。
非水溶性可燃液体的初起火灾，在末形成热波之前，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 度随可燃液体粘度的增加而增加，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度降低，致使燃 烧中止。
第三节 消防射流
一、消防射流 （一）消防射流的含义
第一节 水的性质
（四）膨胀性
水的体积随水温升高而增大的性质为水的膨胀性。根据试验，10-20℃的 水在常压下，水温升高1℃，体积增加万分之一点五；在常压下70-95℃的水， 水温升高1℃，体积增加万分之六。可以看出，其体积变化较小。因此，在消 防设计和火场供水中水的膨胀均可略去不计。
（五）溶解性
第二节 水的灭火作用
根据水的性质，水的灭火作用主要有冷却、窒息、稀释、分离、乳化 等方面，灭火时往往是几种作用的共同结果，但冷却发挥着主要作用.
一、冷却作用

由于水的比热容大，汽化热高，而且水具有良好的导热性。因而，当 水与燃烧物质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。 水的汽化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。 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，可以水予以稀释。由于可燃物浓度降低而导致可燃蒸汽 量减少，使燃烧减弱。当可燃液体的浓度降到可燃浓度以下时，燃烧即行 中止。
表4-1 水在不同温度时的容重
温度 （℃）
容重 (N/m³)
（一）密度和容重

0
9806
4
9807
10
9801
20
9789
30
9764
40
9730
60
9642
100
9399
第一节 水的性质
(二)粘滞性 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，即显示出所谓粘滞性阻力（内摩擦阻力），水的这种阻抗变形运动的特性就称 为黏滞性。需要说明的是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。 举例说明一下水的黏滞性：如果测出渠道水流的过水断面上 各点的流速µ，并绘出过水断面上的流速分布，如图4-1所示（图 中每根带箭头的线段的长度表示该点流速的大小）。发现过水断 u 面上的流速分布是不均匀的。渠底流速为零，随着离开固体边界 的距离的增加，流速逐渐增大，至水面附近流速最大。水流过水 图4-1 渠道过水断面流速分布 断面上会形成不均匀的流速分布是因为水流黏滞性所致。紧靠固 体壁面的第一层极薄水层由于附着力的作用而贴附在壁面上不动，第一水层将通过粘 滞作用而影响第二水层的流速，如此逐层影响下去。离开壁面的距离愈大，壁面对流 速的影响愈小，其结果就形成了图4-1所示的流速分布规律。就是这样，固体边界通过 水的黏滞性，对水的运动起着阻滞作用。水的黏滞性可用黏滞力即内摩擦力来表达。 流的快的水层对流的慢的水层起拖动作用，因而快层作用于慢层的内摩擦力与流向相 同，反之慢层对快层起阻滞作用，则慢层作用于快层的摩擦力与流向相反，两力大小 相等、方向相反，都具有抗拒其相对运动的性质。由于水在管道或水带内流动要克服 内摩擦力，因此，会产生水头损失。