Name: fire extinguisher nozzle flow and pressure
Uploaded: 2025-02-13T15:43:18.000Z
Duration: 1 min 12 s
Channel: JoVE

Ein Feuerlöscher verwendet unter Druck stehendes Wasser, um einen starken Strahl durch eine Düse zu erzeugen.
Das Wasser im Inneren wird bei einem viel höheren Druck als die umgebende Atmosphäre gelagert und zwingt das Wasser zum Fließen, wenn der Feuerlöscher aktiviert wird.
Strömungsgleichungen werden angewendet, um zu bestimmen, wie schnell das Wasser aus der Düse austritt und wie viel im Laufe der Zeit ausgestoßen wird.
Der erste Schritt besteht darin, den Druckunterschied zwischen dem Inneren des Feuerlöschers und dem Druck außerhalb der Düse zu verstehen.
Diese Druckdifferenz treibt die Bewegung des Wassers an. Durch Anwendung der Bernoulli-Gleichung, die Druck und Geschwindigkeit in Beziehung setzt, wird die Geschwindigkeit des Wassers beim Austritt aus der Düse berechnet.
Der kleinere Düsendurchmesser bewirkt, dass das Wasser beim Austritt beschleunigt wird und den Druck in Geschwindigkeit umwandelt.
Nach Berechnung der Austrittsgeschwindigkeit wird die Durchflussmenge bestimmt. Die Durchflussmenge wird anhand der Durchgangsgleichung berechnet, die sicherstellt, dass die Wassermenge, die durch die Düse fließt, konstant ist.
Die Durchflussmenge wird berechnet, indem die Geschwindigkeit des Wassers mit der Querschnittsfläche der Düse multipliziert wird.

designbeispiel: durchfluss durch einen feuerlöscher

Design Example: Flow Through a Fire Extinguisher

Ein Feuerlöscher, der unter Druck stehendes Wasser verwendet, basiert auf den Prinzipien der Strömungsdynamik, um einen Hochgeschwindigkeitsstrahl zu erzeugen, der Flammen unterdrücken kann. Das Wasser wird im Feuerlöscher unter einem viel höheren Druck gespeichert als die umgebende Atmosphäre. Dieser Druckunterschied zwingt das Wasser, schnell zu fließen, wenn der Feuerlöscher aktiviert wird, und das Verhalten des Wassers beim Austritt aus der Düse kann mit hilfe grundlegender Gleichungen der Strömungsdynamik verstanden werden.

Der Schlüssel zum Verständnis der Beschleunigung des Wassers liegt im Druckunterschied zwischen dem Inneren des Feuerlöschers und der Außenumgebung. Die Bernoulli-Gleichung, die Druck und Geschwindigkeit in Beziehung setzt, berechnet, wie schnell das Wasser aus der Düse austritt.

<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/18047/18047_Equation_1.svg" style="text-align: center; height: 45px;">

Nach diesem Prinzip nimmt die Geschwindigkeit zu, wenn der Druck abnimmt. Dies bedeutet, dass der hohe Innendruck im Feuerlöscher in die Geschwindigkeit des austretenden Wassers umgewandelt wird. Wenn sich das Wasser der Düse nähert, beschleunigt die Verringerung des Düsendurchmessers den Fluss weiter und wandelt Druckenergie in kinetische Energie um.

Nach der Bestimmung der Austrittsgeschwindigkeit des Wassers wird die Durchflussrate oder das im Laufe der Zeit ausgestoßene Wasservolumen berechnet. Die Berechnung verwendet die Kontinuitätsgleichung, um sicherzustellen, dass der Wasserfluss durch das System konstant bleibt. Die Durchflussrate ist das Produkt aus der Geschwindigkeit des Wassers und der Querschnittsfläche der Düse.

<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/18047/18047_Equation_2.svg" style="text-align: center; height: 40px;">

Da die Düse einen kleinen Durchmesser hat, wird das Wasser mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, wodurch ein gleichmäßiger und starker Strahl entsteht, der zur Brandbekämpfung erforderlich ist. Durch Anwendung dieser Prinzipien kann die Leistung des Feuerlöschers optimiert werden, um einen effektiven Betrieb sicherzustellen.

Designbeispiel: Durchfluss durch einen Feuerlöscher

Ein Feuerlöscher verwendet unter Druck stehendes Wasser, um einen starken Strahl durch eine Düse zu erzeugen.
Das Wasser im Inneren wird bei einem viel höheren Druck gelagert als das Wasser ...

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Education

Lehre

JoVE Core

Civil Engineering

Bauingenieurwesen

Unit 1

Einheit 1

Fluid Kinematics

Strömungskinematik

KEY TERMS AND CONCEPTS

ZENTRALE BEGRIFFE UND KONZEPTE

fire extinguisher nozzle flow and pressure

A pressurized water fire extinguisher uses fluid dynamics to create a fast stream of water. The water is stored at a much higher pressure inside the extinguisher than the surrounding air. When the extinguisher is activated, that pressure difference forces water to flow out quickly.

Bernoulli's equation helps predict the exit speed of the water. This equation links pressure and velocity. As pressure drops, velocity increases. In the extinguisher, the high internal pressure is converted into the water's speed as it leaves the nozzle.

The nozzle also plays an important role because its diameter becomes smaller near the exit. A smaller opening increases the flow speed even more. This turns pressure energy into kinetic energy, which is the energy of motion.

After the exit velocity is found, the flow rate can be calculated. Flow rate is the volume of water expelled each second. The continuity equation is used to keep track of how much water moves through the system, and the flow rate equals the water speed times the nozzle's cross-sectional area. Because the nozzle is small, the water comes out at high velocity and forms a strong, steady stream for fire suppression.

Fire Extinguisher Nozzle Flow and Pressure

fire-extinguisher-nozzle-flow-and-pressure

eulerian and lagrangian flow descriptions

eulerian-and-lagrangian-flow-descriptions

Tracking Fluid Motion in Space and Time

Fluid flow can be described with the Eulerian and Lagrangian methods. These two approaches give different views of the same moving fluid. They are useful in science and engineering because the best method depends on the problem being studied. The Eulerian method looks at fixed points in space. At each location, it measures fluid properties such as velocity, pressure, and temperature as the fluid moves past. This stationary view is useful when studying how a fluid interacts with a solid object.

introduction to types of flows

Flow Patterns by Direction and Time

Fluid flow can be grouped by direction and by how it changes over time. The simplest case is one-dimensional flow. In this type, properties such as velocity and pressure change along only one axis. Water moving through a straight pipe is a common example, because changes in other directions are very small. Two-dimensional flow changes in two directions. It varies in both length and height, so the analysis is more complex than one-dimensional flow. Air moving over a flat surface, such as a...

streamlines, streaklines, and pathlines

Tracing Fluid Motion: Three Flow Paths

Streamlines, streaklines, and pathlines are three ways to describe fluid motion. Each one shows flow from a different angle. Together, they help students compare how a fluid moves in steady and unsteady flow. A streamline is a line that stays tangent to the fluid’s velocity vector at each point. That means the fluid velocity points along the streamline. Streamlines give an instant picture of the flow field, so they are useful for showing the overall direction of flow in a fluid system. In...

control volume and system representations

control-volume-and-system-representations

Tracking Fluid Through Space or Mass

Fluid analysis often uses two linked ideas: the control volume approach and the system approach. Both help describe mass, energy, and momentum transfer, but they focus on different things. One follows a region in space. The other follows a fixed mass of fluid over time. The control volume approach looks at a stationary area in space through which fluid moves. That area is bounded by a control surface, which is the outer edge of the region. A pipe with water flowing through it is a clear...

velocity and acceleration in steady and unsteady flow

velocity-and-acceleration-in-steady-and-unsteady-flow

How Flow Changes Affect Particle Motion

Velocity and acceleration help describe how a fluid particle moves in steady and unsteady flow. A fluid particle follows a pathline, and its velocity depends on both position and time. Acceleration is found by differentiating velocity with respect to time, so it shows how the particle’s motion changes. In a flow field, acceleration can be written using three perpendicular components. These components show how velocity changes over time in different spatial directions. This gives a general way...

reynolds transport theorem

Reynolds Transport and Control Volumes

Reynolds transport theorem links a fluid system to a control volume. It helps explain how the time rate of change of a property can be tracked in fluid dynamics. The theorem uses extensive properties, such as mass, velocity, acceleration, temperature, and momentum. These properties depend on the size of the system. Their intensive forms are the values per unit mass. The total amount of an extensive property in a system at any instant is the sum of the amounts carried by each tiny fluid...

design example: flow through a fire extinguisher

A pressurized water fire extinguisher uses fluid dynamics to create a fast stream of water. The water is stored at a much higher pressure inside the extinguisher than the surrounding air. When the extinguisher is activated, that pressure difference forces water to flow out quickly. Bernoulli's equation helps predict the exit speed of the water. This equation links pressure and velocity. As pressure drops, velocity increases. In the extinguisher, the high internal pressure is converted into the...

key terms and concepts

Explore how pressure, Bernoulli's equation, and nozzle size control the water speed and flow rate in a pressurized fire extinguisher.

Fire Extinguisher Nozzle Flow and Pressure | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

Fire Extinguisher Nozzle Flow and Pressure

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