第四章 消防培训水力学基础知识.ppt
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1、LOGO 消防水力学基础知识 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 消防水力学基本知识习题学学 习习 提提 纲纲第一节第一节 水的性质水的性质v 水是无嗅无味的液体,是人类赖以生存的基本物质。它取用方便,水是无嗅无味的液体,是人类赖以生存的基本物质。它取用方便,分布广泛,同时由于水在化学上呈中性,无毒,且冷却效果非常好,分布广泛,同时由于水在化学上呈中性,无毒,且冷却效果非常好,因此水是最常用的灭火剂。因此水是最常用的灭火剂。v一、水的基本特性一、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水有三种状态:固体、液体和气体。液体与固体的主要区别
2、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。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、水温超过水在常温下为液体,在常压下、水温超过100100时,蒸发为水蒸气,时,蒸发为水蒸气,温度等于或低于温度等于或低于0 0,凝结成固体称为冰。,凝结成固体称为冰。(一一)水的比热容水的比热容 水温升高水温升高11时,时,单位体积的水需要吸收的热量,称为比热容。若将单位体积的水需要吸收的热量,称为比热容。若将水的比热作为水的比热作为1 1,则其他液体的比热容均小于,则其他液体的比热容均小于1 1,水比任何液体的比热容都,水比任何液体的比热容都大。大。1L1L的水
3、温升高的水温升高1 1,需要吸收,需要吸收4200J4200J的热量。若将的热量。若将1L1L常温的水(常温的水(20 20)喷洒到火源处,使水温升高到)喷洒到火源处,使水温升高到100 100,则要吸收热量,则要吸收热量336KJ336KJ。水的比。水的比热容大,因而用水灭火、冷却效果最好。热容大,因而用水灭火、冷却效果最好。v (二)水的汽化热二)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,热很大,1L1001L100的水,变成的水,变成100100的水蒸气,需要吸收吸收的水蒸气,需要吸收吸收2
4、264KJ2264KJ的热量。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。用。同时,水变成蒸汽时体积扩大。1L1L水变成水蒸气后体积扩大水变成水蒸气后体积扩大17251725倍,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。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试验得知,水蒸气占燃烧区的体积达3535时,火焰就将熄灭。时,火焰就将熄灭。(三)水的冰点三)水的冰点 纯净的水温度下降到纯净的水温度
5、下降到0 0时,开始凝结成冰。水结成冰时,释放出溶解时,开始凝结成冰。水结成冰时,释放出溶解热热335KJ/L335KJ/L。水结成冰,由液体状态变成固体状态,水分子间距离增大,。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,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。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,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
6、冰,在冬季火场上,当消防队员需要转移阵地时,不要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。关闭水枪。若需要关闭时,应关小射流,使水仍处于流动状态。第一节第一节 水的性质水的性质水蒸汽水蒸汽冰冰第一节第一节 水的性质水的性质v二、水的主要物理性质二、水的主要物理性质v 水的平衡和运动,除了与作用于液体的外界因素有关外,更重要的是取决于水的平衡和运动,除了与作用于液体的外界因素有关外,更重要的是取决于水本身的物理性质。在水力学中,与水运动有关的物理性质主要有以下方面。水本身的物理性质。在水力学中,与水运动有关的物理性质主
7、要有以下方面。(一)密度和容重(一)密度和容重v 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。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。v 表4-1 水在不同温度时的容重v 温度温度 /0 4 10 20 30 40 60 100 Y Y/(N/(N/m3m3)980698079801978997
8、64973096429399第一节第一节 水的性质水的性质v(二二)粘滞性粘滞性v 液体具有流动性,在相对静止时,液体不能抵制抗切力,在微小切力的作用下,将液体具有流动性,在相对静止时,液体不能抵制抗切力,在微小切力的作用下,将破坏原来的相对静止状态,产生无限止的变形,即发生流动。当液体一旦流动时,分子破坏原来的相对静止状态,产生无限止的变形,即发生流动。当液体一旦流动时,分子间的作用力却立即显示为流动的抗阻作用,即显示处所谓的粘滞性阻力(内摩擦阻力),间的作用力却立即显示为流动的抗阻作用,即显示处所谓的粘滞性阻力(内摩擦阻力),液体的这种阻抗变形运动的特性就称为粘滞性液体的这种阻抗变形运动的
9、特性就称为粘滞性,也叫也叫“内摩阻内摩阻”。需要说明的是当液体。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,粘滞性在液体静止或平衡时是不显示作用运动一旦停止,这种阻力就立即消失。因此,粘滞性在液体静止或平衡时是不显示作用的。液体运动时的粘滞阻力只能使液体的变形即流动缓慢下来,但不能阻止静止液体任的。液体运动时的粘滞阻力只能使液体的变形即流动缓慢下来,但不能阻止静止液体任何时候微小的切向力作用下开始流动。何时候微小的切向力作用下开始流动。(三)压缩性(三)压缩性v 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在密闭容器内液体表面上,用活塞加压,液体就受到
10、压力,受压后的液体体积要缩小。液体的体积随压力增加而减小的性质称为液体的压缩性。液体的特点是压缩性很小。小。液体的体积随压力增加而减小的性质称为液体的压缩性。液体的特点是压缩性很小。根据试验,把温度为根据试验,把温度为2020在在0.1MPa0.1MPa压力作用下的水体积为压力作用下的水体积为1 1,不同压力时的水体积如表,不同压力时的水体积如表4-24-2。v 表表4-2 4-2 温度为温度为2020不同压力时的水体积不同压力时的水体积 压力压力 /MpaMpa 0.1 0.1 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50水体积水体积1.00001.00000.99430.99
11、430.98970.98970.98530.98530.98100.98100.97660.9766第一节第一节 水的性质水的性质v 从表中可以看出,水体积变化不大。因此,在一般计算中,通常把水看成从表中可以看出,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。即认为水的密度是不可压缩的液体。即认为水的密度和容重和容重为一常数,但个别特殊情况,为一常数,但个别特殊情况,液体的压缩性不能忽略。如水枪上的开关突然关闭时,会产生一种水击现象,液体的压缩性不能忽略。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。在研究这个问题时,就必须考虑液体
12、的压缩性。v(四)膨胀性(四)膨胀性v 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,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,10-2010-20的的水在常压下,水温升高水在常压下,水温升高11,体积增加万分之一点五,其体积变化较小。,体积增加万分之一点五,其体积变化较小。v(五)溶解性(五)溶解性v 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
13、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。于水,如:汽油、煤油、柴油、苯等。v 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。的可燃液体,也可以稀释溶于水的可燃液体。v(六)水的导电性(六)水的导电性v 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
14、阻率很大,为不良导体。天然水源一般都含有越小,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。各种杂质,因而被称为良性导体。第一节第一节 水的性质水的性质v 三、水的化学成分三、水的化学成分 v (一)水的分解(一)水的分解v 水由氢、氧两种元素组成。火场上的消防水柱射流触及高温设备,水由氢、氧两种元素组成。火场上的消防水柱射流触及高温设备,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升超过15001500以上,水蒸气将迅速分解为氢气和氧气以上,水蒸气将
15、迅速分解为氢气和氧气v 2H2H2 2O O 高温 2H2H2 2+O+O2 2+热量热量v 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,其爆炸威力大,若无可靠的防范措施,气体,在高温下极易发生化学性爆炸,其爆炸威力大,若无可靠的防范措施,就会造成火灾爆炸事故。就会造成火灾爆炸事故。v (二)水的化学反应(二)水的化学反应v 水能与许多物质起化学反应。水能与许多物质起化学反应。v 1 1.水与活泼金属反应水与活泼金属反应v水与活泼金属锂、钾、钠、锶、钾钠合金等接触,将发生强烈反应:水与
16、活泼金属锂、钾、钠、锶、钾钠合金等接触,将发生强烈反应:v v 2Na+2H 2Na+2H2 2O O 高温 2NaOH+H2 2NaOH+H2+热量热量v v 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,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,发生自然或爆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,发生自然或爆燃。燃。v v v 2.2.水与金属粉末反应水与金属粉末反应 水与锌粉、镁铝粉相互混合的镁铝粉与水接触,比水单独与镁粉或铝粉接水与锌粉、镁铝粉相互混合的镁铝粉与水接触,比水单独与
17、镁粉或铝粉接触反应强烈得多。触反应强烈得多。Mg(OH)Mg(OH)2 2+2Al(OH)+2Al(OH)3 3=Mg(AlO=Mg(AlO2 2)2 2+4H+4H2 2O O 2Al+6H 2Al+6H2 2O=2Al(OH)O=2Al(OH)3 3+3H+3H2 2 +热量热量3.3.水与金属氢化物反应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,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
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