消防水力基础知识

前面我们已经对水的性质、特点进行了较为 全面的讲解，那么，最后我们对水在灭火中的作 用做一个补充和概括。 一、水的灭火作用 1、冷却作用 水的热容量和汽化潜热很大，每公斤水的温 度升高1℃，就会吸收4184J的热量；每公斤水蒸 气汽化时，要吸收2259J的热量。因而当水与炽 热的燃烧物接触时，在被加热和汽化的过程中， 就会大量吸收燃烧物的热量，使燃烧物冷却至停 止燃烧。
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图4-1渠道过水断面流速分布
第一水层将通过黏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。流得快的水层 对流得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。
（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，丙酮、乙醚、乙醇等。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、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；用水可以 稀释溶于水的可燃液体，使火灾得到控制或扑灭。
（三）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。 在密闭容器内液体表面上，用活塞加压，液体就受到压力， 受压后的液体体积要缩小。 根据实验，把温度为20CC在0.lMPa压力作用下的水 体积作为1，不同压力时的水体积如表4-2 表4-2 温度为20C不同压力时的水体金属粉末反应 水与锌粉、镁铝粉等金属粉末接触，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 +H20 =Zn0 +H2 ↑ 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。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。
高温
（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。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 +2H20＝2NaOH+H2 ↑ +热量
1.0000
10
20
30
0. 9853
40
50
水体 积
0. 9943
0. 9897
0. 9810 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，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，在研究这一问题时，就必须考虑水 的压缩性。 （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℃~ 20C的水，温度升高1℃，水 的体积增加万分之一点五；在常压下70℃~ 95 CIC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。
（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， 因而称为良导体。流散于地面上的水，均 能导电，在火场上应防止触电。
导电图例一
导电图例二
导电图例三
三、水的化学性质 （一）水的分解 水由氢、氧两元素组成。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 物理性爆炸事故。当水蒸气温度继续上升超过1500℃以上 时，水蒸气将会迅速分解为氢气和氧气： 2H20=2H2 ↑+02 ↑ 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。
水在管道中的摩擦力示意图
上图是把水分子放大后，几个水分子将一个 管道占满，我们可以想像水分子之间和水分子与 管道壁之间的挤压所产生摩擦力的景像。
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u，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，
第一节 水的性质
水的性质：水是无嗅无味的液体，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 水有三种状态：固体、液体和气体。液体与固体 的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要 区别是液体体积不易压缩。 水在常温下为液体，在常压下、水温超过 100℃时，蒸发成气体，水温下降到０℃时，即 凝结成固体称为冰。
高温
2004年7月30日 30日3时40分左右，位于 江苏省江阴市青阳工业园区的无锡兆顺不锈钢有 限公司一号高炉发生爆炸。经初步了解，有6人死 亡，5人失踪，23人受伤。 事故原因初步认定为电炉钢水遇到冷却水后 发生爆炸，同时引燃液压油。 原因分析：疑是钢水遇到冷却水 公安、质监、监察、检察、工会等部门组成 事故调查组。他们初步判断，引起爆炸的直接原 因是由于电炉内钢水遇到冷却水而引发爆炸，具 体原因尚需进一步调查。
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。 （一）密度和容重 单位体积内物质所具有的质量称为密度，单 位体积内物质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见表4-1。水在4℃时 容重最大，此时1L纯净的水重1kg。
水的比热最大。这就意味着，在同样受热或 冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个 特征对气候的影响很大。在受太阳照射条件相同 时，白天沿海地区比内陆地区温升慢，夜晚沿海 地区温度降低也少。所以一天之中，沿海地区温 度变化小，内陆地区温度变化大。在一年之中， 夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。 水比热大的特点，在生产、生活中也经常利 用。如汽车发动机、发电机等机器，在工作时要 发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常 用热水取暖 。
4．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，四氢化硅易与空气中的氧反应，发生自燃。 Mg2 Si +4H20 =2Mg(OH)2+SiH4 5．水与碳金属反应 水与碳化钙、碳化钾、碳化铝等接触时，碳化物中的 金属原子与水中的氧原子结合，碳化物中的碳原子与水中 的氢原子化合，生成易燃易爆的碳氢化合物气体，并释放 出大量的热量。 CaC2 +2H20 = Ca(OH)2 +C2H2 ↑ +热量 水与石灰氮（俗称电石，CaCN2>接触，能释放出可 燃气体氨。不纯净的电石与水接触，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。
（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 量称为水的汽化热。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。1 L水变成水 蒸气后体积扩大1 725倍蒸气是惰性气体，占据燃 烧区空间，具有隔绝空气的窒息灭火作用。实验 得知，水蒸气占燃烧区的体积达35%时，火焰就 将熄灭。
（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。若将水的比热容作为1，则其他液 体的比热容均小于1，水比任何液体的比热容都大。 1 L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℃，则要吸收热量336kj。水的 比热容大，因而用水灭火、冷却效果最好。
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。 Mg(OH)2 +2A1(OH)3＝Mg(Al02)2 +4H20 2Al+6H20 ＝2A1(OH)3 ↓ +3H2 ↑ +热量 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放出，产生大量的氢气， 会助长火势。 NaH+H20 --NaOH+H2 ↑ +热量 AIH3 +3H20 --Al(OH)3 +3H2 ↑
2、窒息作用 水灭火时，遇到炽热的物资而汽化，产生大 量水蒸气，一公斤水可生成1700L水蒸气。水变 成水蒸气后，体积急剧增大，大量的水蒸气占据 了燃烧区的空间，阻止了周围的空气进入燃烧区， 从而显著地降低燃烧区域内的含氧量，迫使氧逐 渐减少。在一般情况下，空气中含有35%体积的 水蒸气，燃烧就会停止。 3、对水溶性可燃、易燃液体的稀释作用 水溶性可燃、易燃液体发生火灾时，在可能 用于水扑救的条件下，水与可燃、易燃液体混合 后，可降低它的浓度和燃烧区内可燃蒸气的浓度，