第8講 水力學(xué)基礎(chǔ)

第七章2/1/20231山東消防--基礎(chǔ)理論消防水力學(xué)是研究消防給水和火場(chǎng)供水實(shí)踐中水的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門應(yīng)用科學(xué)。消防水力學(xué)的任務(wù)是應(yīng)用流體力學(xué)的基本理論，通過(guò)消防水力試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)解決消防給水和火場(chǎng)供水實(shí)踐中的實(shí)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(xué)習(xí)目標(biāo)】1.掌握消防水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，合理用水。2.提高分析火場(chǎng)供水問題和解決火場(chǎng)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(wú)色無(wú)味無(wú)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(jì)和火場(chǎng)供水計(jì)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(shí)體積增大的性質(zhì)稱為水的膨脹性。根據(jù)試驗(yàn)，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(wàn)分之六。這些變化均較小，因此，在消防設(shè)計(jì)和火場(chǎng)供水中均可略去不計(jì)。2/1/20237山東消防--基礎(chǔ)理論水經(jīng)過(guò)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(yīng)地有所增大或減小。由于溫度不同，相應(yīng)的水的密度不同，造成水的自然對(duì)流。利用這個(gè)原理，在供熱工程中可以設(shè)計(jì)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(chǔ)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(dǎo)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(dòng)時(shí)，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(dòng)作為無(wú)數(shù)薄層的運(yùn)動(dòng)，則各層流速不一樣?？拷鼙诘牧鲗樱捎谒肿淤N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(duì)流速慢的流層產(chǎn)生拖力，而流速慢的流層對(duì)流速快的流層產(chǎn)生阻撓拖動(dòng)的阻力，拖力和阻力是一對(duì)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(dòng)要克服黏滯力，因此有能量損失。水溫對(duì)黏滯力有一定影響，水溫越高，水的黏滯力越小。在火場(chǎng)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(jì)。2/1/202310山東消防--基礎(chǔ)理論(四)水的濕潤(rùn)性有些物質(zhì)與水接觸會(huì)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(rùn)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(rùn)固體物質(zhì)，如水與棉花、油氈接觸。水能濕潤(rùn)的固體物質(zhì)，用水滅火效果好，水不能濕潤(rùn)的固體物質(zhì)，用水滅火效果就差。對(duì)用水不能濕潤(rùn)的固體物質(zhì)火災(zāi)，若能減小水的內(nèi)聚力，水的濕潤(rùn)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(rùn)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(kuò)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(zāi)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(zāi)。但比水輕的溶于水的易燃、可燃液體，易在水面擴(kuò)散，給滅火工作帶來(lái)不少困難。但如撲救方法得當(dāng)，仍能控制和撲滅火災(zāi)。例如用噴霧水可以有效地?fù)錅缈扇家后w火災(zāi)。2/1/202312山東消防--基礎(chǔ)理論(六)水的導(dǎo)電性水的導(dǎo)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(dǎo)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(zāi)。而一般的地表水都含有各種雜質(zhì)，因而導(dǎo)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(shí)電阻率減少，導(dǎo)電性能增大。一般自來(lái)水可用于帶電電氣設(shè)備的撲救，但含雜質(zhì)較多的自來(lái)水不宜采用。消防水槍的充實(shí)水柱射流截面積增大，導(dǎo)電性能亦隨之增大。同時(shí)水流越密集，導(dǎo)電的性能也越大。因此，用直流水槍撲救電氣火災(zāi)時(shí)，應(yīng)保持一定的安全距離。例如，用口徑16mm水槍，利用一般自來(lái)水，保持110KV電壓的電氣設(shè)備火災(zāi)時(shí)，一般應(yīng)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(zāi)。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(guò)100℃時(shí)，蒸發(fā)成氣體。純凈的水在水溫下降到0℃時(shí)，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(diǎn)：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(biāo)準(zhǔn)，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(shí)，水變成蒸氣時(shí)體積擴(kuò)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(shí)驗(yàn)得知，水蒸氣占燃燒區(qū)的體積達(dá)35%時(shí)，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(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，因而體積隨之增大，因而體積隨之?dāng)U大。因此，消防儲(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(diǎn)將降低。含量越多，冰點(diǎn)也越低。2/1/202318山東消防--基礎(chǔ)理論處于流動(dòng)狀態(tài)的水不易結(jié)冰，因?yàn)樗膭?dòng)能將部分地轉(zhuǎn)化為熱能。在冬季火場(chǎng)上，當(dāng)消防隊(duì)員需要轉(zhuǎn)移陣地時(shí)，不應(yīng)關(guān)閉水槍。若需要關(guān)閉時(shí)，應(yīng)關(guān)小射流（保持小流量），使水仍處于流動(dòng)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?fù)渚然馂?zāi)。2/1/202319山東消防--基礎(chǔ)理論烏魯木齊德匯國(guó)際廣場(chǎng)批發(fā)市場(chǎng)火災(zāi)撲救時(shí)間:2008年1月2日20時(shí)25分接到報(bào)警.天氣:西北風(fēng),風(fēng)力五級(jí),零下25度.建筑物:地上12層,地下2層,建筑面積6.5萬(wàn)㎡.現(xiàn)場(chǎng):天氣寒冷,火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)性差.至1月3日23時(shí),經(jīng)歷27個(gè)小時(shí)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(xué)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(zāi)的撲救過(guò)程中，水與某些物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，給撲救火災(zāi)造成一定的困難。有時(shí)甚至造成火災(zāi)擴(kuò)大。2/1/202321山東消防--基礎(chǔ)理論(一)水的分解在火場(chǎng)上的消防射流，觸及高溫設(shè)備，水滴瞬時(shí)汽化，體積突然擴(kuò)大，會(huì)造成物理爆炸事故。當(dāng)溫度超過(guò)1500℃以上時(shí)，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?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，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(xué)爆炸，其化學(xué)反應(yīng)如下：

2H2+O2→2H2O

氫氣和氧氣相混合形成的混合物，其自燃點(diǎn)一般為400～500℃之間?；饒?chǎng)上,發(fā)生物理性爆炸之后，很可能將發(fā)生第二次的化學(xué)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(yīng)水與活潑金屬鋰、鉀、鈉、鍶、鉀鈉合金等接觸，將發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。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。

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(yīng)水與金屬粉末鋅粉、鎂鋁粉等接觸，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+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(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(shí)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(wú)障礙地繼續(xù)反應(yīng)，放出氫氣和大量的熱量。

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2+熱量這在火場(chǎng)上會(huì)助長(zhǎng)燃燒或發(fā)生爆炸現(xiàn)象。在火場(chǎng)用水救火過(guò)程中，還應(yīng)注意到鋅粉受潮能發(fā)熱自燃，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)。2/1/202324山東消防--基礎(chǔ)理論(四)水與金屬氫化物反應(yīng)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(huì)助長(zhǎng)火勢(shì)。

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(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+4H2O→2Mg(OH)2+SiH4四氫化硅與空氣中的氧反應(yīng)，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(yīng)水與碳化鈣、碳化鉀、碳化鋁、石灰氮等接觸時(shí)，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?xì)浠衔?，并釋放出大量的熱量?/p>

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?xì)怏w氨。不純凈的石灰氮還能釋放出乙炔氣。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。2/1/202327山東消防--基礎(chǔ)理論(七)水與硼氫類物質(zhì)的反應(yīng)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(yīng)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(xiǎn)粉（學(xué)名為連二亞硫酸鈉或低亞硫酸鈉，Na2S2O4）接觸，發(fā)熱分解，會(huì)釋放氫氣和硫化氫氣體或硫蒸氣。保險(xiǎn)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(xué)物質(zhì)接觸，有可能發(fā)生自燃，釋放出可燃?xì)怏w、大量熱量以及有毒氣體等。因此，要根據(jù)火災(zāi)化學(xué)物品的性質(zhì)，采用相應(yīng)的滅火劑。與水能起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，不宜用水撲救。根據(jù)不同物質(zhì)的火災(zāi)，可采用其他滅火劑，如滑石粉、干粉、干砂和二氧化碳等，進(jìn)行撲救。2/1/202330山東消防--基礎(chǔ)理論第二節(jié)靜水力學(xué)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解液體處于靜止或相對(duì)靜止時(shí)的力學(xué)規(guī)律及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。2/1/202331山東消防--基礎(chǔ)理論一、水壓力水對(duì)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(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)。消防習(xí)慣上將壓強(qiáng)稱為壓力。壓強(qiáng)通常用公斤/厘米2、大氣壓、米水柱表示。大氣壓系指大氣對(duì)海平面的壓力。1個(gè)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(jì)算方便，1個(gè)大氣壓采用1公斤/厘米2（故稱工程大氣壓）。1個(gè)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(diǎn)的靜水壓力大小與其作用面無(wú)關(guān)。靜水壓力的大小僅與該點(diǎn)離水面的垂直高度有關(guān)。即靜止的水壓力對(duì)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(wú)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(diǎn),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(chǔ)存水的容器的形狀無(wú)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(dòng)力是大氣壓力的結(jié)果，因此圖中的h不應(yīng)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(dòng)時(shí)，有壓力損失，故實(shí)際工程上使用的h值，一般不超過(guò)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(yīng)農(nóng)田排灌、生產(chǎn)、生活用水的同時(shí)，解決消防用水。2/1/202336山東消防--基礎(chǔ)理論三、毛細(xì)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(shí)有附著力。當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，水不不易附著在固體物質(zhì)上；但附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，水就會(huì)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(xì)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(xì)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(yīng)生活用水的同時(shí)，供應(yīng)撲救初期火災(zāi)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(xué)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(wú)關(guān)，P0值增大或減少時(shí)，則P值也隨之增大或減少。即P0將通過(guò)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(yīng)用較廣泛，例如水壓機(jī)、千斤頂?shù)?，都是利用這個(gè)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(dāng)物體的容重大于水時(shí)，則物體沉入水底；當(dāng)物體的容重與水相同時(shí)，物體潛入水中的任何位置上；當(dāng)物體的容重小于水的容重時(shí)，物體浮出水面。2/1/202341山東消防--基礎(chǔ)理論六、測(cè)量水壓的儀表靜水壓力可用儀表來(lái)測(cè)量。常用的測(cè)量?jī)x有液體測(cè)壓計(jì)和機(jī)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(jī)械彈簧壓力表采用較為廣泛，因?yàn)橐簤河?jì)在實(shí)際使用中很不方便，尤其在火場(chǎng)供水中更不能運(yùn)用，因此，火場(chǎng)上測(cè)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(gè)封閉的有彈性的彎曲金屬管，另一端為開口，與要測(cè)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(dòng)杠桿使指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指針在刻度盤上把壓力的數(shù)值指示出來(lái)。當(dāng)壓力表和大氣連接時(shí)，壓力表的指針對(duì)準(zhǔn)刻度零位?？潭缺P上的壓力是相對(duì)壓力，一般稱為表壓。使用壓力表時(shí)應(yīng)注意使用的壓力數(shù)值，一般不應(yīng)超過(guò)刻度表上最大壓力數(shù)的3/4。若使用壓力過(guò)大，則彎曲金屬管伸的過(guò)直，金屬會(huì)發(fā)生疲勞，使壓力表的準(zhǔn)確度受破壞。壓力表用于測(cè)量壓力大于大氣壓的壓力。若要測(cè)量壓力小于大氣壓的壓力時(shí)，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(dòng)力水學(xué)一、水運(yùn)動(dòng)的類型水在管道或水帶內(nèi)流動(dòng)，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(dòng)過(guò)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(dāng)流速不大時(shí)，處于分層流動(dòng)狀態(tài)，稱為層流.當(dāng)流速不斷增大，達(dá)到一定流速后，水流中水分子相互攪動(dòng)，水分子在流動(dòng)過(guò)程中相互竄越，不再成流線狀前進(jìn)。這種水分子處于紊亂狀態(tài)下前進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)，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(dòng).2/1/202348山東消防--基礎(chǔ)理論垂直于水流方向，選取兩個(gè)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(guò)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(dòng)，因此，Q1=Q2，所以

ω1ν1=ω2ν2，即：

ν1/ν2=ω2/ω1

水在管道（或水帶）內(nèi)流動(dòng)時(shí)，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(jì)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(zhǎng)）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(chǎng)供水和消防給水設(shè)計(jì)方便起見，經(jīng)計(jì)算后，將我國(guó)目前常用的麻質(zhì)水帶和膠里水帶長(zhǎng)度為20m時(shí)的壓力損失和流量關(guān)系列成表，以供實(shí)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(zhǎng)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(dòng)時(shí)，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(shí)停止流動(dòng)，造成在管道、水帶內(nèi)的水壓瞬時(shí)升高。升高的壓力對(duì)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(dá)幾個(gè)甚至幾百幾個(gè)大氣壓力，導(dǎo)致管道或水帶的破裂，影響火場(chǎng)供水。水錘形成的瞬時(shí)升高的壓力，可按下述方法進(jìn)行計(jì)算。2/1/202352山東消防--基礎(chǔ)理論(一)完全水錘壓力計(jì)算（一）完全水錘壓力計(jì)算

若閥門或水槍的關(guān)閉時(shí)間很短，當(dāng)關(guān)閉時(shí)間t≤(L為管道或水帶長(zhǎng)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(shí)升高壓力可按下計(jì)算：H=

式中：H—水錘瞬時(shí)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(guò)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(jì)算若閥門或水槍關(guān)閉時(shí)間不快，當(dāng)關(guān)閉的時(shí)間t>時(shí)，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(jì)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(zhǎng)度（m）；

t—關(guān)閉時(shí)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(shí)間為2s，管道長(zhǎng)度為200mm，試求水錘瞬時(shí)升高壓力。解：①鑒別水錘性質(zhì)

t=0.333(s)

閥門關(guān)閉時(shí)間為2s，大于0.333s，所以屬不完全水錘。

②水錘瞬時(shí)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(zhǎng)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(chǎng)滅火時(shí)需要轉(zhuǎn)移陣地，關(guān)閉水槍時(shí)間為1s，管道長(zhǎng)度為200mm，試求水錘瞬時(shí)升高壓力。①鑒別水錘性質(zhì)t=4.5(s)

閥門關(guān)閉時(shí)間為1s，小于4.5s，所以屬完全水錘。②水錘瞬時(shí)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(zhǎng)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?chǎng)供水中，常常引起水帶爆破，造成火場(chǎng)供水中斷，火勢(shì)擴(kuò)大。因此，在關(guān)閉管道閥門時(shí)應(yīng)緩慢些，同樣關(guān)閉水槍時(shí)亦應(yīng)防止水錘的破壞作用。在火場(chǎng)調(diào)動(dòng)消防車輛時(shí)，更應(yīng)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(gè)別壓力過(guò)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(gè)孔洞的薄鋼板。孔板減壓原理是使水通過(guò)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(guò)孔板時(shí)，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(jìn)行計(jì)算：

h=SQ2

式中h—孔板的水頭損失（mH2O）

Q—通過(guò)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(shí)際運(yùn)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(dòng)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(yīng)滿足下列要求：（1）要使壓能變動(dòng)能過(guò)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(jī)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(yīng)有一段圓柱形的短管，如圖6-1所示，其長(zhǎng)度相當(dāng)于噴嘴的半個(gè)口徑到一個(gè)口徑，即L1=（0.5～1.0）d。在噴嘴出口的邊沿上應(yīng)有反邊，以防噴嘴遭到機(jī)械損壞。噴嘴底部口徑應(yīng)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(duì)水流影響較大，為保證噴嘴質(zhì)量，噴嘴材料應(yīng)用有色金屬制造且噴嘴內(nèi)壁機(jī)械加工，應(yīng)不小于六級(jí)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?gòu)乃畮?lái)的水流渦流，在槍筒內(nèi)安裝穩(wěn)流器（導(dǎo)流裝置），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(shí)由水槍噴射出來(lái)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(guò)離心作用、機(jī)械撞擊和機(jī)械強(qiáng)化作用，使水流分散成點(diǎn)滴狀態(tài)離開水槍形成擴(kuò)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(shí)，水滴直徑平均小于100μm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。應(yīng)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(zāi)的撲救等。（2）開花射流分散射流時(shí)，水滴直徑平均在100～1000μm時(shí)，稱為開花射流。開花射流的特點(diǎn)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(guó)內(nèi)的自動(dòng)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(guò)直流水槍，噴出形似結(jié)實(shí)的射流稱為密集射流。密集射流的特點(diǎn)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(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)。在滅火中主要使用直流水槍，以密集射流撲救火災(zāi)。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(gè)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(jì)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(shí)水柱也越長(zhǎng)。（2）噴嘴壓力越大，同一水槍充實(shí)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(guò)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(shí)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(shí)射程最大，槍彈以接近拋物線的彈道旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，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(yàn)證明，當(dāng)水槍的水流噴射角度與水平面30°～32°時(shí)射程最遠(yuǎn)；成90°時(shí)，射程最高。注意帶架水槍角度不能超過(guò)60°.2/1/20