消防水力学基础知识
第一篇第四章消防水力学基础知.pptx
• 纯净的水当温度下降到0℃时，开始凝结成冰。
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• （二）水的主要物理性质
• 1、密度和容重
• 液体单位体积内所具有的质量称为密度， 水在4℃时，其密度是1000kg/m3。液体单 位体积内所具有的重量称为容重，又叫重 度，水在4℃时，其重度是9807N/m3。
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• 2、粘滞性
• 粘滞性在液体静止或平衡时是不显示作用的。由 于水在管道或水带内流动要克服粘滞力，因此， 会产生水头损失。
• 3、压缩性
• 水的体积随压力增加而减小的性质称为水的压缩 性。通常情况下，把水看成是不可压缩的液体。
• 4、膨胀性
• 水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀 性。在消防设计和火场供水中水的膨胀性可不考 虑。
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• 5、溶解性
• 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； 用水可以扑救比水重且不溶于水的可燃液 体，如CS2火灾；
• 用水可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾 得到控制或扑灭。
• 6、导电性
• 在火场上，射水灭火时，应注意防止触电， 喷雾水枪可以用来扑救高压电气火灾，但 要有一定的安全距离。
自燃，释放出易可燃气体和大量热量以及有毒气 体，从而引起燃烧或爆炸。因此，凡与水接触能 引起化学反应的物质严禁用水扑救。可用干沙、 7150灭火剂扑救。
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二、水的灭火作用
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• 1、冷却作用 • 2、窒息作用 • 在一般情况下，空气中含有35%体积的水
蒸汽时，燃烧就会停止。
• 由于水锤作用可以使管道、水带内的压力增大到 正常压力的几倍、几十倍甚至上百倍，极易导致 管道水带破裂，造成供水中断。
第四章 消防水力学
（三）压缩性
在外力作用下，水的体积随压力减小的性质，称之 压缩性。 水的压缩性不大，可看成是不可压缩的液体。
（四）膨胀性
水的体积随水温升高而增加的性质，称之水的膨胀 性。 水的膨胀性很小，在消防应用上可以忽略不计（水 结冰后体积增加不可忽略）。
（五）溶解性
溶质在水中的扩散，称之溶解。 凡是极性分子与水分子结构相似的物质均能溶解于水， 如：盐、糖、醇、醚等。与水分子极性不同的物质不能 溶于水，如：汽油、煤油、柴油、苯等。 消防应用：用水可以扑灭易溶于水的固体物质火灾；可 以扑救比水重且不溶于水可燃液体；可以稀释溶于水的 可燃液体。
分散射流分：
（1）喷雾射流：水滴粒径平均小于100微米。 由喷雾水枪产生。特点:控制火灾面积大，用 水省，产生蒸气浓度大，降低氧含量、隔离 空气作用大，冷却、窒息灭火效果好。 （2）开花射流：水滴粒径100-1000微米。由 开花水枪或多用水枪产生。主要用来降低热 辐射喷出的伞状水。
二、消防射水器具
有两种：消防水枪、消防水炮
（一）消防水枪
分：直流水枪、喷雾水枪、开花水枪、多用水枪。 1.直流水枪：一种喷射密集充实水流的水枪。特点：射程远、水量 大、冲击力强。
（1）直流水枪分类和构造
分类：普通直流水枪、开关式直流水枪。 常用直流水枪喷嘴口径有：13mm、16mm、19mm。
（2）直流水枪使用 （3）水枪充实水柱：由水枪喷嘴起，至射流90％的水量穿过
直径38cm圆孔，此段射流长度称为水枪充实水柱。
扑救建筑火灾与水枪充实水柱要求
建筑名称 建筑高度不超过100m民建 充实水柱 不应小于10m
第四章消防水力学基础知识.
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 形成含水油泡沫。水的乳化作用可使液体表面冷 却，使可燃蒸气产生速率降低，致使燃烧中止。
第三节 消防射流
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。
1L100℃的水，变成100℃的水蒸气，需要吸收 2264kJ热量，即水的汽化热为2264kJ / (kg· ℃) 。 水的汽化热很大，将水喷洒到火源处，水将吸收 大量热迅速汽化成蒸汽，因此具有良好的冷却降 温作用。 1L水变成水蒸气后体积扩大1725倍。水蒸气占据 燃烧区空间，具有隔绝空气的窒息灭火作用。当 水蒸气占燃烧区体积达35%时，火焰就将熄灭。
第三节 消防射流
消防射流
（一）消防射流的定义 • 灭火时由消防射水器具 喷射出来的高速水流。 （二）消防射流的类型 1. 密集射流 • 高压水流经过水枪喷出，形成结实的柱状射流。 • 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。 • 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。
水蒸汽
第一节 水的性质
（一）水的比热容
水温升高1℃，单位体积的水需要吸收的热量，称
为水的比热容。1L水升高1℃，需要吸收4.2kJ的 热量，即水的比热容为4.2kJ / (kg· ℃) 。 水比任何液体的比热容都大。 若将1L常温的水（20℃）喷洒到火源处，使水温 升到100℃，则要吸收热量336kJ。 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
水力学基础知识.
（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，
其体积变化较小。
（五）溶解性 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 极性分子或与水分子结构相似的分子组成 的物质均易溶于水，如食盐、糖等。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。
（六）水的导电性
水的导电性能与水的密度、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
(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，对消防给水管道和储水容器在冬季进行 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。
二、水的主要物理性质
密度和容重
水的导电性
溶解性 黏滞性 膨胀性 压缩性
（一）密度和容重
液体单位体积内所具有的质量称为密度， 液体单位体积内所具有的重量为容重(也指 作用在单位体积上的重力)。 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。
国家消防设施操作员第四章消防水力学基础知识第一节
二、水的主要物理性质
（四）膨胀性
水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀性。根据实验，在常压
下10℃~20℃的水，温度升高1℃，水的体积增加万分之—点五；在常压下 70℃~95℃的水，温度升高1℃，水的体积增加万分之六。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性均可略去不计。
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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六个方面。
二、水的主要物理性质
（一）密度和容重
液体单位体积内所具有的质量称为密度，液体单位体积内所具有的重
量称为容重。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
燃烧物接触或流经燃烧区时，将被加热
或汽化，吸收热量，从而使燃烧区温度
大大降低，以致使燃烧中止。
（二）窒息作用
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。
（三）稀释作用
水本身是一种良好的溶剂，可以溶解水溶性甲
（五）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，致使燃烧中止。
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（二）水的化学反应
3.水与金属氢化物反应
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，则氢化物和水中的氢原子
第四章消防水力学基础知识
第一节 水的性质
二、水的主要物理性质
5、溶解性 溶质在水中扩散称为溶解。 物质能否溶解于水，与物质极性有关。凡是由极性分子 或与水分子结构相似的分子组成的物质均易溶于水。反之与 水分子极性不同的物质不易溶于水或不溶于水。 水可以扑灭易溶于水的固体物质火灾 用水可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾得到控制或扑灭。 水可以扑救比水重且不溶于水的可燃液体，如CS2。 对于比水轻的不溶于水的易燃液体，可以通过改变水的状态 如采用水雾，蒸汽进行扑救。
第一节 水的性质
二、水的主要物理性质 3、压缩性
水的体积随压力增加而减小的性质称为水的压 缩性。 在消防给水中我们往往认为水是不可压缩的液 体。只有在防止出现水击（水锤现象）时，则需要 考虑水的压缩性。
第一节 水的性质
二、水的主要物理性质
4、膨胀性 水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀 性。 在实际工程中，由于水的膨胀性很小，往往不 考虑水的膨胀性的影响。
第二节 水的灭火作用
三、稀释作用
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，可用水予以稀释。由 于可燃物浓度降低而导致可燃蒸气量的减少， 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。
第二节 水的灭火作用
四、分离作用
经灭火器具(尤其是直流水枪)喷射形成的 水流有很大的冲击力，这样的水流遇到燃烧物 时，将使火焰产生分离，这种分离作用一方面 使火焰“端部”得不到可燃蒸气的补充，另一 方面使火“根部”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
五、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，由于雾状水射流的高 速冲击作用，微粒水珠进入液层并引起剧烈的扰动，使可 燃液体表面形成一层水粒和非水溶性液体混合组成的乳状 物表层，并在液体表面形成“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，减少可燃液体的蒸发量致使 燃烧中止。
一级消防工程师消防水力学知识
一级消防工程师消防水力学知识在消防领域，消防水力学知识是一级消防工程师必须掌握的重要内容。
它不仅关乎火灾扑救的效果，更是保障人民生命财产安全的关键。
接下来，让我们一同深入了解这一重要的知识领域。
消防水力学主要研究水在消防中的流动规律和特性。
首先，我们来谈谈水的物理性质。
水是一种常见的灭火剂，其具有较高的比热容，能够吸收大量的热量，从而降低火灾现场的温度。
此外，水的密度较大，在重力作用下能够有效地施加压力，有助于灭火。
水的流动特性在消防中至关重要。
水流的类型包括层流和紊流。
层流是指水流平稳、有序的流动状态；而紊流则是水流紊乱、不规则的流动状态。
在消防管道中，通常希望水流保持层流状态，以减少能量损失和压力降。
但在灭火过程中，紊流的冲刷作用更有利于灭火。
压力是消防水力学中的一个重要概念。
水压的大小直接影响着水的喷射距离和灭火效果。
消防系统中的压力来源主要包括消防水泵和高位水箱。
消防水泵能够提供强大的动力，将水压送至灭火设备；高位水箱则利用重力势能提供一定的水压。
在设计消防系统时，需要合理计算和分配压力，以确保在火灾发生时，各个部位都能获得足够的水压。
流量也是不可忽视的因素。
流量表示单位时间内通过某一截面的水量。
在消防系统中，需要根据建筑物的类型、面积和火灾危险等级等因素，确定所需的消防流量。
过大的流量可能会造成水资源的浪费，过小的流量则无法满足灭火需求。
接下来，我们说一说消防水枪和水带。
消防水枪是灭火的重要工具，其类型多样，如直流式水枪、喷雾式水枪等。
不同类型的水枪适用于不同的火灾场景。
直流式水枪能够喷射出强大的水流，适用于扑灭远距离的火灾；喷雾式水枪则可以形成细小的水雾，适用于冷却和扑灭易燃液体火灾。
水带则是连接消防水枪和消防栓的重要部件。
水带的材质、长度和直径都会影响水的输送效率。
在选择水带时，需要考虑其耐压能力、耐磨性和柔韧性等因素。
在消防水力学中，还有一个关键的概念是水头损失。
水头损失是指水流在管道中流动时，由于摩擦、阻力等因素而导致的压力降低。
第8讲 水力学基础
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第13页，共81页。
❖ 水中含有杂质时电阻率减少，导电性能增大。 一般自来水可用于带电电气设备的扑救，但含 杂质较多的自来水不宜采用。
❖ 消防水枪的充实水柱射流截面积增大，导电性 能亦随之增大。同时水流越密集，导电的性能 也越大。因此，用直流水枪扑救电气火灾时， 应保持一定的安全距离。例如，用口径16mm 水枪，利用一般自来水，保持110KV电压的电 气设备火灾时，一般应保持5m的安全距离。 为安全起见，最好采用开花或喷雾射流扑救带 电的电气设备火灾。
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山东消防 --基础理论
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❖ 水经过压缩或膨胀,体积虽然缩小或增大， 但水的重量或质量是不变的，而水的密度则相 应地有所增大或减小。由于温度不同，相应的 水的密度不同，造成水的自然对流。利用这个 原理，在供热工程中可以设计自然循环热水采 暖系统。液体温度升高，体积要增大，因此， 储存液体灭火剂的密闭容器都规定了充装比， 以免液体温度升高导致容器遭到损坏。
在火场供水中，水温一般为常温，变化不大，因而由于水温 变化而造成的能量损失，可以略去不计。
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山东消防 --基础理论
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(四)水的湿润性
❖ 有些物质与水接触会受潮（或吸水），而有些物质与水接触后不吸 水或不易吸水。这与分子间的引力有关。
❖ 水分子之间有相互的吸引力，在水面形成表面张力。水分子之 间的吸引力称为内聚力。水与固体物质接触，则水分子与固体 物质分子之间相互的吸引力，称为附着力。若水与固体物质接 触，使其湿润难燃，如水与木材、纸张接触。若水分子间的内 聚力大于附着力，水就不能或不易湿润固体物质，如水与棉花、 油毡接触。
❖ 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。同水分子极性相似的物质易溶于水， 如食盐、糖等。与水分子极性不同的物质不易溶于水或不 溶于水，如汽油、煤油等。
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消防水力学基础知识
消防水力学是研究水在消防系统中的流动和压力变化规律的学科。
它是消防工程学的一部分，是理解和掌握消防系统正常运行和灭火效果的重要基础。
本文将介绍消防水力学的基础知识，包括水的流动、水的压力计算、水流特性等内容。
一、水的流动
1.1 水的流动方式
水的流动方式有层流和紊流两种。
层流是指水在管道中按照平行于管轴的方向秩序流动的方式，流速均匀、流动线清晰；紊流是指水在管道中混乱流动的方式，流速不均匀、流动线复杂。
1.2 水流的雷诺数
水流的雷诺数（Re）是判断水流是层流还是紊流的重要参数。
在水流速度较小时，雷诺数小于2000，水流为层流；当水流
速度较大时，雷诺数大于4000，水流为紊流；当雷诺数在两
者之间时，水流处于过渡区。
1.3 水的流速和流量
水的流速是单位时间内通过某一横截面的水量，单位为米/秒（m/s）；水的流量是单位时间内通过某一横截面的总水量，
单位为立方米/秒（m³/s）。
二、水的压力计算
2.1 静水压力
静水压力是指水在不流动情况下所产生的压力，它与水的高度和密度有关。
在重力作用下，静水压力随着水的高度增加而增大，与水的密度成正比。
2.2 动水压力
动水压力是指水流动时所产生的压力，它由于水的惯性和动能的变化而产生。
动水压力等于静水压力加上动压，其中动压等于动能密度的一半，与水流速的平方成正比。
2.3 水的总压力
水的总压力是指水在流动或静止过程中所产生的总压力，等于静水压力加上动水压力。
三、水流特性
3.1 水流速度分布
在管道中，水流速度分布不均匀，流速最大的部分靠近管道中心，称为最大流速点；流速最小的部分靠近管壁，称为壁面效应。
3.2 水流的阻力
水在管道中流动时会受到阻力的作用，阻力大小与管道的摩擦有关。
阻力越大，水流速度越小，流量也越小。
3.3 水流的压力损失
水在管道中流动时会产生压力损失，主要包括摩擦损失、管道弯头损失、管道缩径损失等。
压力损失会导致水流速度减小，流量减小。
四、应用
消防水力学的基础知识在消防工程中有着广泛的应用。
首先，消防系统的设计和计算需要根据水力学原理进行，包括计算水流速度、压力损失等；其次，消防系统的改造和维护也需要依据水力学知识，通过调整管道布局和尺寸来改善水流情况；此外，消防器材和喷头的选择和配置也需要基于水流特性和压力要求进行。
五、总结
消防水力学是研究水流动和压力变化规律的重要学科，掌握其基础知识对于进行消防系统设计、改造和维护等工作至关重要。
本文介绍了水的流动方式、水流的雷诺数、水的流速和流量、水的压力计算、水流特性等内容，希望能够为读者提供有关消防水力学的基础知识，并促进其在消防工程中的应用。
六、管道流动
在消防系统中，管道是水流动的通道。
管道的形状、尺寸和布置对水的流动性能有着直接的影响。
在管道中，水的流动可以分为水平流动、垂直流动和斜流三种情况。
6.1 水平流动
水平流动是指水在水平管道中流动的情况。
在水平管道中，水的速度分布基本均匀，流速最大的部分位于管道正中心，流速最小的部分位于管道壁面。
在水平流动中，水的压力损失主要是由于摩擦造成的，与流速成正比。
6.2 垂直流动
垂直流动是指水在垂直管道中流动的情况。
在垂直管道中，水的速度分布不再均匀，由于重力的作用，管道中心的水流速度增大，壁面的水流速度减小。
水流速度剖面呈现出类似于抛物线的形状。
与水平流动相比，垂直流动中水的压力损失更大。
6.3 斜流
斜流是指水在倾斜管道中流动的情况。
在倾斜管道中，水流速度分布也是不均匀的，与垂直流动类似。
而且，斜流中的水流速度剖面还会受到管道倾角的影响，倾角越大，水流速度剖面的形状越陡峭。
七、喷头流动
消防喷头是消防系统中的主要喷水装置，用于灭火或控制火势。
喷头流动是指水从喷头中喷出时的流动情况。
根据喷头的工作原理和喷水方式的不同，喷头流动可以分为直接喷射和雾化喷射两种。
7.1 直接喷射
直接喷射是指喷头将水直接喷向火源或燃烧物的流动方式。
在直接喷射中，水以较高速度通过喷头，形成直线状的喷流。
直接喷射可以远距离地将水送到火源或燃烧物上，具有较高的灭火效果。
7.2 雾化喷射
雾化喷射是指喷头将水雾化成小水滴后喷出的流动方式。
在雾化喷射中，水通过喷头的特殊结构或装置，被分散成小水滴，并形成漫射状的喷流。
雾化喷射的水滴粒径通常在10-1000微
米之间，水滴与空气充分接触，能够吸收大量的热能，从而实现灭火和控制火势的效果。
雾化喷射具有喷射范围广、灭火效果好、烟雾和热量控制能力强等优点，因此在许多场合中广泛应用。
八、消防水力学计算
消防系统的设计和计算中需要进行各种参数的估算和计算，其中就包括水力学参数的计算。
常见的水力学计算包括水流速度、压力损失、水泵功率等。
8.1 水流速度计算
水流速度的计算可以根据流量和管道的截面积进行。
流量可以通过消防设备和系统的需水量来确定，而管道的截面积可以根据管道的内径和形状计算。
8.2 压力损失计算
压力损失的计算是消防水力学中的重要内容。
压力损失主要由管道的摩擦、弯头、管径变化等因素造成。
根据不同的情况，可以采用经验公式、试验公式或数值模拟等方法进行压力损失的估算和计算。
8.3 水泵功率计算
水泵是消防系统中的关键设备，用于提供必要的水压力和流量。
水泵的功率可以根据流量、水头和效率来计算。
流量和水头可以根据消防系统的需水量和管网布置来确定，而效率可以根据水泵的类型和性能曲线来估算。
九、消防水力学的挑战与展望
消防水力学作为一个交叉学科，面临着许多挑战和新的发展方向。
随着科技的进步和消防理论的不断发展，消防水力学需要与其他学科进行交叉融合，充分发挥其作用。
9.1 数值模拟
数值模拟成为消防水力学研究的重要方法之一。
通过建立数学模型，采用数值计算方法，可以对复杂的火灾事故和消防系统进行模拟和分析，为消防设计和工程实践提供更具科学性和可靠性的依据。
9.2 新材料和技术的应用
新材料和技术的应用为消防水力学的发展提供了更多的可能性。
例如，仿生学的应用可以提高喷头设计的效果；纳米技术的应用可以改善雾化喷射的水滴特性；高性能材料的应用可以提高管道的使用寿命等。
9.3 绿色消防和节能减排
绿色消防和节能减排已成为当今社会的重要需求。
消防水力学的研究也应紧跟节能和环保的要求，通过优化设计和应用新技术，减少能源消耗和环境污染。
消防水力学作为消防工程学的重要分支，为消防系统的合理设计和运行提供了科学的依据和技术支持。
通过学习和应用消防水力学的知识，可以更好地理解和掌握消防系统的水力特性，提高消防系统的工作效率和灭火能力，保障人民生命财产的安全。