第8讲 水力学基础

'第七章水力学基础知识9/20/20211山东消防--基础理论 消防水力学是研究消防给水和火场供水实践中水的平衡和运动规律的一门应用科学。消防水力学的任务是应用流体力学的基本理论，通过消防水力试验数据以及经验公式来解决消防给水和火场供水实践中的实际问题。9/20/20212山东消防--基础理论 第一节水的性质【学习目标】1.掌握消防水力学基础知识，合理用水。2.提高分析火场供水问题和解决火场供水问题的能力。9/20/20213山东消防--基础理论 一、水的物理性质水是无色无味无臭的液体。水没有固定的形状，随着容器的形状而变化，但有一定的体积。水几乎不能压缩，但能传递压力。9/20/20214山东消防--基础理论 (一)水的密度和容重单位体积内的水的质量称为水的密度，即：ρ=水受地心引力作用有重量。单位体积内的水的重量称为水的容重。r=9/20/20215山东消防--基础理论 (二)水的压缩性和膨胀性1、水的压缩性在外界的压力作用下，水体积缩小的性质称为水的压缩性。水的压缩很小，压力从0.1MPa增加到10MPa，水体积减小不到0.5%。因此，在消防设计和火场供水计算中不考虑水的压缩性，把水看作不可压缩的流体。9/20/20216山东消防--基础理论 2.水的膨胀性水温升高时体积增大的性质称为水的膨胀性。根据试验，在1.01×105Pa下，10-20℃的水，水体积膨胀系数βt=150×10-6℃-1。即温度升高1℃，水的体积增加万分之六。这些变化均较小，因此，在消防设计和火场供水中均可略去不计。9/20/20217山东消防--基础理论 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。9/20/20218山东消防--基础理论 (三)水的黏滞性水在流动时，水分子之间，水分子与管壁之间有摩擦力，由此产生阻力现象，称为水的黏滞性。9/20/20219山东消防--基础理论 若将水在管道内流动作为无数薄层的运动，则各层流速不一样。靠近管壁的流层，由于水分子贴附在管壁上，流速等于0。管轴处的流层受管壁影响最小，因此流速最大。其中间流层，流速快的流层对流速慢的流层产生拖力，而流速慢的流层对流速快的流层产生阻挠拖动的阻力，拖力和阻力是一对大小相等、方向相反的力，通常称为黏滞力（内摩擦力）。由于水在管道（或水带）内流动要克服黏滞力，因此有能量损失。水温对黏滞力有一定影响，水温越高，水的黏滞力越小。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。9/20/202110山东消防--基础理论 (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。水能湿润的固体物质，用水灭火效果好，水不能湿润的固体物质，用水灭火效果就差。对用水不能湿润的固体物质火灾，若能减小水的内聚力，水的湿润性就增大。即若能在水中加入适量的拉开粉，减小水的内聚力，提高水的湿润能力，则可以提高水的灭火效果。9/20/202111山东消防--基础理论 (五)水的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。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。用水可以扑灭易溶于水的固体物质，用水可以冲淡易溶于水的可燃液体，使火灾得到控制或扑灭。用水可以扑救比水重的不溶解的可燃液体，如用水可以扑灭二硫化碳火灾。但比水轻的溶于水的易燃、可燃液体，易在水面扩散，给灭火工作带来不少困难。但如扑救方法得当，仍能控制和扑灭火灾。例如用喷雾水可以有效地扑灭可燃液体火灾。9/20/202112山东消防--基础理论 (六)水的导电性水的导电性能与水的密度、水体面积、射流的截面积和射流形式等有关。纯净水的电阻率很大，为不良导体。纯净水的开花射流和喷雾射流可以扑灭电压较高的电气设备火灾。而一般的地表水都含有各种杂质，因而导电性各不相同。9/20/202113山东消防--基础理论 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。9/20/202114山东消防--基础理论 (七)水的三态变化水在常温下为液体，在常压下水温超过100℃时，蒸发成气体。纯净的水在水温下降到0℃时，凝结成固体（称为冰）。水的这种三相变化（一般称为三态变化）具有下列特点：9/20/202115山东消防--基础理论 1、水的比热容大水温升高1℃，单位体积的水需要吸收的热量，称为比热容。水比任何液体的比热容都大。1L水温度升高1℃，需要吸收4200J的热量。若将1L常温的水（20℃）喷洒到火源处，使水温升到100℃，则吸收热量336KJ。液体的比热容以水为标准，将水的比热容作为1，则其他液体的比热容均小于1。水的比热容最大，因而用水灭火，冷却效果最好。9/20/202116山东消防--基础理论 2、水的汽化热高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℃的水，变成100℃的水蒸气，需要吸收2264KJ的热量。因此，将水喷酒到火源处，使水迅速汽化成蒸汽，具有良好的冷却作用。同时，水变成蒸气时体积扩大。水蒸气是隋性气体，占据燃烧区空间，具有隔绝空气的窒息灭火作用。从实验得知，水蒸气占燃烧区的体积达35%时，火焰就将熄灭。9/20/202117山东消防--基础理论 纯净的水温度下降到0℃，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，水分子间的距离增大，因而体积随之增大，因而体积随之扩大。因此，消防储水容器在冬季应进行保温，防止结冰，以免水结成冰时体积扩大，致使消防容器（或存有水的设备）损坏。含有食盐或氯化钙的水，其冰点将降低。含量越多，冰点也越低。9/20/202118山东消防--基础理论 处于流动状态的水不易结冰，因为水的动能将部分地转化为热能。在冬季火场上，当消防队员需要转移阵地时，不应关闭水枪。若需要关闭时，应关小射流（保持小流量），使水仍处于流动状态，避免水带内的水结成冰，保持供水不中断，从而能有效地扑救火灾。9/20/202119山东消防--基础理论 乌鲁木齐德汇国际广场批发市场火灾扑救时间:2008年1月2日20时25分接到报警.天气:西北风,风力五级,零下25度.建筑物:地上12层,地下2层,建筑面积6.5万㎡.现场:天气寒冷,火灾现场环境极端恶劣.消防水炮被冻结,消防车水泵被冻裂,举高车液压油凝结、粘稠度增大、流动性差.至1月3日23时,经历27个小时的奋战,大火终于被扑灭.消防官兵共疏散120多名旅客,救出6名被困群众,但3名消防官兵牺牲.9/20/202120山东消防--基础理论 二、水的化学性质水是氢和氧两元素组成的化合物。在一定条件下，水能电解成氢气和氧气。水与金属氧化物化合成碱，水与非金属氧化物化合成酸。所有物质与水化合必须有一定的工艺条件才能形成。在火灾的扑救过程中，水与某些物质起化学反应，给扑救火灾造成一定的困难。有时甚至造成火灾扩大。9/20/202121山东消防--基础理论 (一)水的分解在火场上的消防射流，触及高温设备，水滴瞬时汽化，体积突然扩大，会造成物理爆炸事故。当温度超过1500℃以上时，水蒸汽将发生如下分解：2H2O→2H2+O2形成氢气和氧气。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，这种混合气体，爆炸范围广，爆炸威力大，在高温情况下，发生化学爆炸，其化学反应如下：2H2+O2→2H2O氢气和氧气相混合形成的混合物，其自燃点一般为400∼500℃之间。火场上,发生物理性爆炸之后，很可能将发生第二次的化学性质爆炸。9/20/202122山东消防--基础理论 (二)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。这些活泼金属与水化合时，夺取水中的氧原子，放出氢气和大量的热量，使释放出来的氢气与空气中氧气相混合形成的爆炸性混合物，发生自燃或爆炸。2Na+2H2O→2NaOH+H2+373KJ9/20/202123山东消防--基础理论 (三)水与金属粉末反应水与金属粉末锌粉、镁铝粉等接触，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+H2金属铝粉和金属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。水与镁粉或铝粉单独接触时，在反应过程中生成氢氧化铝的氢氧化镁，而氢氧化铝和氢氧化镁是不燃烧的薄膜，在金属钠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。Mg(OH)2+2Al(OH)3→Mg(AlO2)2+4H2O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（即不能形成氢氧化铝或氢氧化镁的薄膜），使水与镁铝粉无障碍地继续反应，放出氢气和大量的热量。2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2+热量这在火场上会助长燃烧或发生爆炸现象。在火场用水救火过程中，还应注意到锌粉受潮能发热自燃，应加强保护。9/20/202124山东消防--基础理论 (四)水与金属氢化物反应水与金属氢化物氢化锂、氢化钠、四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等接触，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放出，产生大量的氢气，也会助长火势。NaH+H2O→NaOH+H2+133KJAlH3+3H2O→Al(OH)3+3H29/20/202125山东消防--基础理论 (五)水与硅金属化合物反应水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅。MgSi+4H2O→2Mg(OH)2+SiH4四氢化硅与空气中的氧反应，发生自燃。9/20/202126山东消防--基础理论 (六)水与碳金属反应水与碳化钙、碳化钾、碳化铝、石灰氮等接触时，碳化物中的金属原子与水中的氧原子结合，而碳化物中的碳原子则与水中的氢原子化合成易燃易爆气体碳氢化合物，并释放出大量的热量。CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2+126KJAl4C3+12H2O→4Al(OH)3+CH4+热量水与石灰氮（CaCN2）接触，能释放出可燃气体氨。不纯净的石灰氮还能释放出乙炔气。在火场上，这些碳氢化合物（如乙炔、甲烷和氨等）都有助长火势扩大和火灾蔓延的可能。9/20/202127山东消防--基础理论 (七)水与硼氢类物质的反应水与硼氢类物质（二硼烷、硼氢化钠等）接触，释放出氢气和大量的热量。B2H6+6H2O→2H3BO3+6H2+420KJNaBH4+3H2O→NaBO3+5H2+热量9/20/202128山东消防--基础理论 (八)水与磷化物反应水与磷酸钙、磷化锌等接触，生成磷化氢。Ca3P2+6H2O→3Ca(OH)2+2PH3+热量磷化氢在空气中能自燃。此外，水与保险粉（学名为连二亚硫酸钠或低亚硫酸钠，Na2S2O4）接触，发热分解，会释放氢气和硫化氢气体或硫蒸气。保险粉与潮湿空气接触，亦能发热分解，使可燃物起火。9/20/202129山东消防--基础理论 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、大量热量以及有毒气体等。因此，要根据火灾化学物品的性质，采用相应的灭火剂。与水能起化学反应的物质，不宜用水扑救。根据不同物质的火灾，可采用其他灭火剂，如滑石粉、干粉、干砂和二氧化碳等，进行扑救。9/20/202130山东消防--基础理论 第二节静水力学【学习目标】了解液体处于静止或相对静止时的力学规律及其在实际工程中的应用。9/20/202131山东消防--基础理论 一、水压力水对容器壁和底部的压力称为水压力。单位面积上受的力称为压力压强，简称压强。消防习惯上将压强称为压力。压强通常用公斤/厘米2、大气压、米水柱表示。大气压系指大气对海平面的压力。1个物理大气压=10.33米水柱=1.033公斤/厘米2。9/20/202132山东消防--基础理论 在工程上为了计算方便，1个大气压采用1公斤/厘米2（故称工程大气压）。1个工程大气压=1公斤/厘米2=10米水柱=735.56毫米汞柱。水中任意一点的静水压力大小与其作用面无关。静水压力的大小仅与该点离水面的垂直高度有关。即静止的水压力对一定深度截面上水的压力与的深度（垂直于水平面的高度）成正比，与容器的开关和大小无关。9/20/202133山东消防--基础理论 静水压力的特征1、静止的水压力垂直作用在任何一面的容壁上.2、水中任意一点,各方向的静水压力均相等.3、静水压力与液体的容重成正比.4、静水压力大小与储存水的容器的形状无关.9/20/202134山东消防--基础理论 二、虹吸作用9/20/202135山东消防--基础理论 虹吸作用的动力是大气压力的结果，因此图中的h不应大于大气压力。否则就不能起到虹吸作用。由于水有一定的温度，具有一定的蒸汽压，加上水在管道内流动时，有压力损失，故实际工程上使用的h值，一般不超过6∼8米。消防给水工程中常采用虹吸使用原理，设置虹吸管，超载障碍，将高处的水送往底处。在黄河中下游地区，黄河的河床高出堤岸两边的村庄，不少地区采用虹吸管，将河内的水超越堤岸，送往黄河两边，供应农田排灌、生产、生活用水的同时，解决消防用水。9/20/202136山东消防--基础理论 三、毛细现象水分子间有内聚力，水分子与固定物质相接触时有附着力。当内聚力大于附着力时，水不不易附着在固体物质上；但附着力大于内聚力时，水就会被固体物质所吸引。用小玻璃管插入液体内，有些液体从小玻璃管下降，而有些液体则从小玻璃管内上升，高出管外的液面，这种现象是由内聚力和附着力的作用造成的，称为毛细现象.9/20/202137山东消防--基础理论 将小玻璃管插入水中，水从小玻璃管内上升，上升的高度与小玻璃的直径成反比，即小玻璃的直径越小，液面升的越高。利用毛细现象，可在城市的郊区和农村地区，寻找浅层地下水，凿井取水，供应生活用水的同时，供应扑救初期火灾的用水。9/20/202138山东消防--基础理论 四、静水压力的传递从静水力学方程式P=P0+rh可知(其中P0是水表面上的压力)。P0与水深度无关，P0值增大或减少时，则P值也随之增大或减少。即P0将通过水体传递到容器内的任何部位。压力等值传递在消防上应用较广泛，例如水压机、千斤顶等，都是利用这个原理制造的。9/20/202139山东消防--基础理论 9/20/202140山东消防--基础理论 五、浮力物体浸入水中，当物体的容重大于水时，则物体沉入水底；当物体的容重与水相同时，物体潜入水中的任何位置上；当物体的容重小于水的容重时，物体浮出水面。9/20/202141山东消防--基础理论 六、测量水压的仪表静水压力可用仪表来测量。常用的测量仪有液体测压计和机械压力表两种。U形管内充水银而不充水的原因，是水银的容重较大，这样U形管不必做很高。9/20/202142山东消防--基础理论 机械弹簧压力表采用较为广泛，因为液压计在实际使用中很不方便，尤其在火场供水中更不能运用，因此，火场上测量水压均采用压力表。压力表由表面刻度和指针、齿轮和游丝以及弹簧弯曲金属管组成。9/20/202143山东消防--基础理论 表内有一个封闭的有弹性的弯曲金属管，另一端为开口，与要测定压力的容器、管道、水带连接，在压力的作用下，弯曲的金属管就要伸直，于是带动杠杆使指针转动，指针在刻度盘上把压力的数值指示出来。当压力表和大气连接时，压力表的指针对准刻度零位。刻度盘上的压力是相对压力，一般称为表压。使用压力表时应注意使用的压力数值，一般不应超过刻度表上最大压力数的3/4。若使用压力过大，则弯曲金属管伸的过直，金属会发生疲劳，使压力表的准确度受破坏。压力表用于测量压力大于大气压的压力。若要测量压力小于大气压的压力时，可用真空表。真空表的构造与压力表相似，表盘上的读数指真空度，一般以毫米水银柱表示。9/20/202144山东消防--基础理论 第三节消防动力水学一、水运动的类型水在管道或水带内流动，水分子之间以及水分子与管道壁（或水带壁）之间均有摩擦力。因此水分子流动过程中存在速度差。管道（或水带）的中心线流速最大，越靠近管壁流速越小，在管壁处流速等于零。当流速不大时，处于分层流动状态，称为层流.当流速不断增大，达到一定流速后，水流中水分子相互搅动，水分子在流动过程中相互窜越，不再成流线状前进。这种水分子处于紊乱状态下前进的水流，称为紊流.9/20/202145山东消防--基础理论 9/20/202146山东消防--基础理论 层流变成紊流时的流速界限，称为临界流速。层流的阻力较小，而紊流的阻力较大。由层流变成紊流的临界流速较大，但由紊流转变层流时的流速较小。例如，直径85mm的管道中，水流由层流变成紊流的临界流速为0.15m/s；而紊流状态的水流转变成层流时，其临界流速则为0.079m/s。消防管道或消防水带内的水流均处于紊流状态。9/20/202147山东消防--基础理论 二、水流的连续方程式水是不能压缩和伸张的。设管中充满水，而且处于稳定流动.9/20/202148山东消防--基础理论 垂直于水流方向，选取两个断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ，用ω1、ν1及ω2、ν2分别表示两断面的面积和流速，流过两断面处的流量各为Q1、Q2：Q1=ω1ν1Q2=ω2ν2截面Ⅰ-Ⅰ流入的流量等于断面Ⅱ-Ⅱ流出的流量，水以固定流量连续地流动，因此，Q1=Q2，所以ω1ν1=ω2ν2，即：ν1/ν2=ω2/ω1水在管道（或水带）内流动时，流速和断面积成反比，即断面积大的流速小，断面积小的流速大。9/20/202149山东消防--基础理论 三、消防水带的压力损失消防水带的压力损失计算公式为：h=SQ2式中：h—每条水带的压力损失（×104Pa）；Q—水带内的流量（L/s）；S—每条（20m长）水带的阻抗系数（Pa˙s2/L2）9/20/202150山东消防--基础理论 为火场供水和消防给水设计方便起见，经计算后，将我国目前常用的麻质水带和胶里水带长度为20m时的压力损失和流量关系列成表，以供实际使用。该表中列出的每条水带压力损失为新水带压力损失。水带与管道不同，水带必须在一定压力下才能鼓成圆形，水带内水压增大，水带的直径和长度亦随之增大，则水带的阻力也随之发生变化。9/20/202151山东消防--基础理论 四、水锤作用有压力的水在管道或水带内流动时，由于消防阀门、消火栓、水枪等的迅速关闭或消防车轮跨压，使管道或水带内的水瞬时停止流动，造成在管道、水带内的水压瞬时升高。升高的压力对管道、水带或单向阀等的作用如锤击一样，这种现象称为水锤作用。由于水锤作用，管道或水带内增加的压力可达几个甚至几百几个大气压力，导致管道或水带的破裂，影响火场供水。水锤形成的瞬时升高的压力，可按下述方法进行计算。9/20/202152山东消防--基础理论 (一)完全水锤压力计算（一）完全水锤压力计算若阀门或水枪的关闭时间很短，当关闭时间t≤(L为管道或水带长度，α为冲击波传递速度)，称为完全水锤，又称为直接水锤。完全水锤的瞬时升高压力可按下计算：H=式中：H—水锤瞬时升高的压力（mH2O）；α—冲击波传递速度（m/s）；直径在200mm以下的钢管、铸铁管，α=1200m/s；直径超过200mm的钢管、铸铁管，α=1435m/s；新的水带α=80m/s；旧的水带α=120m/s；ν—水锤前管道或水带内平均流速（m/s）；g—重力加速度，g取9.8m/s2。9/20/202153山东消防--基础理论 (二)不完全水锤压力计算若阀门或水枪关闭时间不快，当关闭的时间t>时，称为不完全水锤，又称间接水锤。不完全水锤的升高压力可按下式计算：H=·式中：H—水锤升高压力（mH2O）；α—冲击波传递速度（m/s）；ν—水在管道内的流速（m/s）；L—管道或水带长度（m）；t—关闭时间（s）。9/20/202154山东消防--基础理论 例1：有一消防给水铸铁管道，直径为150mm，流速为2.5m/s，关闭阀门的时间为2s，管道长度为200mm，试求水锤瞬时升高压力。解：①鉴别水锤性质t=0.333(s)阀门关闭时间为2s，大于0.333s，所以属不完全水锤。②水锤瞬时升高的压力H=27.8（mH2O）9/20/202155山东消防--基础理论 例2：水带长180m（新水带），直径65mm，流速为3m/s，接出一支开关式水枪，在火场灭火时需要转移阵地，关闭水枪时间为1s，管道长度为200mm，试求水锤瞬时升高压力。①鉴别水锤性质t=4.5(s)阀门关闭时间为1s，小于4.5s，所以属完全水锤。②水锤瞬时升高的压力H=24.5（mH2O）9/20/202156山东消防--基础理论 水锤作用与管道的材质、流速及管道的长度有关。特别是关闭阀门的速度影响很大。消防给水管道由于水锤的作用，常常引起管道的破裂。火场供水中，常常引起水带爆破，造成火场供水中断，火势扩大。因此，在关闭管道阀门时应缓慢些，同样关闭水枪时亦应防止水锤的破坏作用。在火场调动消防车辆时，更应防止消防车轮跨压水带。9/20/202157山东消防--基础理论 五、孔板压力损失消防上利用孔板的局部压力损失，可以降低个别压力过高消火栓的压力。例如，在固定泡沫给水系统中，降低消防泡沫栓的压力；高层建筑给水系统中，降低泵站出口处消火栓（或底部几层消火栓）的出口压力；以及利用孔板减压法制造在线泡沫比例混合器等9/20/202158山东消防--基础理论 孔板就是中间有个孔洞的薄钢板。孔板减压原理是使水通过截面积较小的孔洞，以便在孔板处造成局部的水头损失。因此，装有孔板的管道在水流过孔板时，能造成局部水头损失，以降低孔板的压力。孔板水头损失可按下式进行计算：h=SQ2式中h—孔板的水头损失（mH2O）Q—通过孔板的流量（L/s）；S—孔板的阻抗系数（mH2O˙s2/L2）9/20/202159山东消防--基础理论 在实际运用中，消火栓出口直径或管道的直径和要降低的压力是已知的，只需要确定孔板的直径。根据需要的流量和减低的压力，按上式求出阻抗系数S值，然后按孔板的阻抗系数S值去查表，就能得到需要的孔板的孔径。9/20/202160山东消防--基础理论 六、水枪射流（一）水枪的基本组成直流水枪是由枪筒和喷嘴所组成的，直流水枪密集射流的质量与水枪喷嘴有密切关系。1、水枪喷嘴消防直流水枪喷嘴一般采用具有出口断面方向收敛的圆锥体状喷嘴。圆锥形喷嘴的主要用途是增加水流的出口速度，以形成动能较大的射流，并使射流不分散。9/20/202161山东消防--基础理论 9/20/202162山东消防--基础理论 直流水枪喷嘴应满足下列要求：（1）要使压能变动能过程中能量损失减至最小限度，喷嘴内壁制成逐渐收敛的流线型是最理想的。但由于机械加工的困难，一般可以采用圆锥形的构造，其圆锥角可为13。。（2）为了使离开水枪喷嘴后射流有较大的断面积，喷嘴出口处应有一段圆柱形的短管，如图6-1所示，其长度相当于喷嘴的半个口径到一个口径，即L1=（0.5∼1.0）d。在喷嘴出口的边沿上应有反边，以防喷嘴遭到机械损坏。喷嘴底部口径应约为喷嘴口径的1.8倍，即D=1.8d。（3）喷嘴内表面光滑程度对水流影响较大，为保证喷嘴质量，喷嘴材料应用有色金属制造且喷嘴内壁机械加工，应不小于六级光洁度。9/20/202163山东消防--基础理论 2、枪筒及稳流器枪筒的构造要求有良好的水力条件。为减少从水带来的水流涡流，在枪筒内安装稳流器（导流装置），使水流流过截面积较小的孔洞，消除横向水流和旋转水流，迫使枪筒内紊流趋匀流状态，以提高枪筒结构的水力条件。常用的稳流器有管束式、中心式、井字式和三棱片式四种.9/20/202164山东消防--基础理论 在消防水枪中，最常用的是中心管式和三棱片式两种。中心管式多用于喷嘴口径大于25mm的手提式水枪。9/20/202165山东消防--基础理论 (二)射流及类型消防射流是灭火时由水枪喷射出来的高速水流。常见的射流类型有分散射流（包括喷雾、开花射流两种）和密集射流。1、分散射流高压水流经过离心作用、机械撞击和机械强化作用，使水流分散成点滴状态离开水枪形成扩散状或幕状射流，称为分散射流。9/20/202166山东消防--基础理论 （1）喷雾射流分散射流时，水滴直径平均小于100μm时，称为喷雾射流。喷雾射流的特点是，控制面积大，用水量省，燃烧区蒸汽浓度大，吸收大量汽化热，隔绝空气，降低空气中含氧量，有良好的降温和窒息作用。同时，水渍损失小，除烟效果好。应用于石油化工企业水幕分隔装置，可燃易燃液体和电气火灾的扑救等。（2）开花射流分散射流时，水滴直径平均在100∼1000μm时，称为开花射流。开花射流的特点同喷雾射流，其适用范围一般是要求水渍损失小和缺水地区。国内的自动喷洒装置（洒水型）和水幕设备也采用开花射流。9/20/202167山东消防--基础理论 2、密集射流经过直流水枪，喷出形似结实的射流称为密集射流。密集射流的特点是，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。密集射流耗水量大，射程远，冲击力大，机械破坏力强。在灭火中主要使用直流水枪，以密集射流扑救火灾。9/20/202168山东消防--基础理论 9/20/202169山东消防--基础理论 (三)水枪喷嘴流量和压力水枪要产生密集射流，水流必须具有很大的速度。而水流速度的产生是由于水枪喷嘴前有一定的压力，这个压力称为水枪压力。9/20/202170山东消防--基础理论 (四)密集射流的计算1、影响密集射流质量的因素密集射流的质量与水压大小、水枪构造和喷嘴角度有关。一般受下列因素的影响：（1）水枪喷嘴越光滑，水力条件越好（越接近流线型），在同一喷嘴压力下，充实水柱也越长。（2）喷嘴压力越大，同一水枪充实水柱和流量也越大，但一般情况下，手提式水枪喷嘴压力不要超过0.59Mpa。（3）同样喷嘴压力下，水枪口径越大，流量也越大。9/20/202171山东消防--基础理论 （4）枪筒结构的水力条件越好，在同样水压下，同一水枪射流越密集，充实水柱越大。（5）密集射流最大射程与枪弹不同。枪弹的发射角度与水平面成45°时射程最大，枪弹以接近抛物线的弹道旋转前进，受空气阻力很小。水枪密集射流则不同，它受空气阻力影响很大。试验证明，当水枪的水流喷射角度与水平面30°∼32°时射程最远；成90°时，射程最高。注意带架水枪角度不能超过60°.9/20/202172山东消防--基础理论 2、充实水柱的定义在消防给水设计和火场上，不采用密集射流的高度和长度来计算，而是采用密集射流的有效射程（即充实水柱长度）进行计算。因为充实水柱的水量集中，便于瞄准火点，并有一定的冲击力，能有效地扑救火灾.对于手提式直流水枪，充实水柱是指由喷嘴起至射流90%的水量穿过38cm圆圈上的一段长度。对于带架式直流水枪，充实水枪是指由喷嘴起至射流90%的水量穿过125cm圆圈止的一段长度。9/20/202173山东消防--基础理论 3、直流水枪的密集射流技术数据在消防给水设计和火场供水中，要求一定的充实水柱长度。如果知道了要求的充实水柱长度之后，即可算出水枪喷嘴的压力和流量。为了方便使用，现制成一张SR-hq-Q技术数据换算表。见课本141页.9/20/202174山东消防--基础理论 4、不同火灾情况下充实水柱的长度（SR）（1）多层建筑室内火灾《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）规定，水枪的充实水柱应由计算确定，一般不应小于7m，但甲、乙类厂房、超过六层的民用建筑、超过四层的厂房和库房内，不应小于10m；高层工业建筑、高架库房内，水枪的充实水柱不应小于13m。（2）高层民用建筑室内火灾《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）规定，消火栓水枪的充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过100m的高层建筑不应小于10m；建筑高度超过100m的高层建筑不应小于13m。（3）室外火灾一般来讲，为10∼15m。（4）石油化工企业火灾SR≮17m。9/20/202175山东消防--基础理论 （五）直流水枪反作用力水枪射流产生反作用力。水枪射流的反作用力通过枪轴线，与射流方向相反，力的大小与射流喷出的作用力相等。射流量的能量越大，产生的反作用力也越大。经推导，可得水枪反作用力计算公式：F=2pw式中：F—水枪反作用力（N）；p—水枪喷嘴压力（MPa）；w—水枪喷嘴面积（mm）。当水枪与水带夹角<90时，F<2pw；当水枪与水带夹角>90。时，F>2pw。在实际火场上，由于很多情况是水枪与水带夹角小于90。，故反作用力也可采用F=1.5pw来计算。但在计算云梯车上的作用力时，仍要采用F=2pw来计算。根据F=2pw，计算出各种喷嘴口径的水枪在不同喷嘴压力下的反作用力.见课本143页表7-10.9/20/202176山东消防--基础理论 思考题1.简述水的物理性质及其对消防给水的影响？2.水不能用于哪些物质火灾的扑救？3.静水压的大小与哪些因素有关？4.简述充实水柱的定义及不同火灾情况下对其长度要求。9/20/202177山东消防--基础理论 谢谢!再见9/20/202178山东消防--基础理论 9/20/202179山东消防--基础理论 9/20/202180山东消防--基础理论 水银水9/20/202181山东消防--基础理论'