建筑設備ppt-01-流體力學11

第一章流體力學(liútǐlìxué)精品資料1.1流體力學(liútǐlìxué)基本知識本章了解和掌握的內容的內容：流體的主要物理性質慣性、重力特性、粘滯性、壓縮性和膨脹性流體靜壓強及其分布規(guī)律流體運動(yùndòng)的基本知識流動阻力和水頭損失精品資料研究(yánjiū)對象流體(liútǐ)氣體液體流體的主要物理性質基本特征：具有流動性精品資料流動性使流體具有的特點：流體沒有固定的形狀，其形狀由約束它的邊界形狀決定。流體的運動與它的物理學力學性質有密切關系。即流體運動時其內部各質點之間有復雜的相對運動，流體的運動和變形聯(lián)系(liánxì)在一起。精品資料 在供熱通風與空調、燃氣工程和給水排水工程中,用于熱的供應、空氣的調節(jié)、通風、除塵降溫、排除熱濕氣體及有害氣體、燃氣的供應與輸配以及給水供應和污水排出等,都是以流體作為工作介質,通過流體的各種物理作用,分別對氣體或液體的流動進行有效的組織與控制來實現(xiàn)的。因此,流體力學是研究流體宏觀機械運動規(guī)律,并運用這些規(guī)律解決實際(shíjì)工程問題的一門學科。精品資料流體運動規(guī)律研究(yánjiū)的兩個分支：液體：水力學和流體力學氣體：氣體動力學和空氣動力學精品資料液體和氣體的區(qū)別：氣體易于壓縮；而液體難于壓縮；液體有一定的體積，存在一個自由液面；氣體能充滿任意形狀(xíngzhuàn)的容器，無一定的體積，不存在自由液面。

液體和氣體的共同點：

兩者均具有易流動性，即在任何微小切應力作用下都會發(fā)生變形或流動，故二者統(tǒng)稱為流體。精品資料 在工程實踐中用流體力學解決的問題,一般都具有較大的幾何尺寸,因此,流體力學不去研究微觀的分子運動,而只研究流體表現(xiàn)出來的統(tǒng)計平均力學性質,即研究流體的宏觀機械運動,把流體看成是由無數(shù)流體微團(或稱質點)充滿的、內部無空隙的連續(xù)體(或稱為連續(xù)介質)。引入連續(xù)介質這個假設就可以(kěyǐ)不考慮復雜的分子運動,而只考慮流體在外力作用下的機械運動。同時還可進一步認為:表征流體運動和性質的各物理量在空間是連續(xù)分布的,從而把連續(xù)函數(shù)的概念引入到流體力學中來。這樣,就可以(kěyǐ)利用數(shù)學分析這一有力的工具來研究流體的運動規(guī)律。精品資料 流體力學雖然主要研究流體的機械運動,但自然界的一切事物都是相互(xiānghù)聯(lián)系的,單純的機械運動是不存在的,尤其是氣體的機械運動,總是和熱運動分不開的,流體力學只不過是著重從機械運動的角度來研究而已。精品資料 流體力學的應用:重工業(yè):冶金、電力、采掘等工業(yè)輕工業(yè):化工、紡織、造紙(zàozhǐ)等工業(yè)交通運輸業(yè):飛機、船舶設計以及農(nóng)田灌溉、水利建設、河道整治等工程土建工程和環(huán)境工程:給水排水、供熱通風、燃氣供應等工程,城市地下工程:地下空間的通風、防火排煙煤炭工業(yè):礦井通風、排水等精品資料流體的主要(zhǔyào)物理性質流體的主要物理性質慣性和重力特性粘滯性膨脹性與壓縮性壓強增大體積(tǐjī)縮小溫度升高體積膨脹建筑環(huán)境與設備工程中的水、氣流體一般認為是一種易于流動的、具有粘滯性的不可壓縮的流體密度容重精品資料流體的密度(mìdù)和容重隨外界壓力和溫度而變化。水在標準大氣壓下和4攝氏度時,其ρ=1000kg/m3、γ=9.807kN/m3。水銀在標準大氣壓和0攝氏度時,密度(mìdù)和容重是水的13.6倍。干空氣在溫度為20攝氏度、壓強為01324.72Pa時密度(mìdù)和容重分別為1.2kg/m3和11.80N/m3。精品資料流體(liútǐ)的粘滯性du/dy－流速(liúsù)梯度，沿垂直流速(liúsù)方向單位長度的流速(liúsù)增值流體內部質點間或流層間因相對運動而產(chǎn)生的內摩力用以反抗相對運動的性質精品資料牛頓在1687年總結實驗的基礎上,首先提出了流體內摩擦力的假說——牛頓內摩擦定律(dìnglǜ)。將切應力表示為：精品資料粘度的影響(yǐngxiǎng)因素流體粘度μ（動力粘滯性系數(shù)）的數(shù)值隨流體種類不同而不同，并隨壓強、溫度變化而變化。

1）流體種類。一般地，相同條件(tiáojiàn)下，液體的粘度大于氣體的粘度。

2）壓強。對常見的流體，如水、氣體等，μ值隨壓強的變化不大，一般可忽略不計。

3）溫度。是影響粘度的主要因素。當溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。

精品資料溫度對流體粘度的具體影響a.液體：內聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素，當溫度升高，分子間距離增大，吸引力減小，因而使剪切變形速度所產(chǎn)生的切應力減小，所以μ值減小。

b.氣體：氣體分子間距離大，內聚力很小，所以粘度主要是由氣體分子運動動量交換的結果所引起的。溫度升高，分子運動加快(jiākuài)，動量交換頻繁，所以μ值增加。精品資料膨脹性與壓縮性膨脹性：流體溫度改變時，其體積變化或密度變化的性質壓縮性：作用(zuòyòng)在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化的性質精品資料膨脹性與壓縮性結論：1、液體壓縮性和膨脹性很小，引起工程誤差很小，可忽略。2、氣體有顯著的壓縮性和膨脹性，t與P的變化對v影響很大 速度較低的氣體——不可(bùkě)壓縮氣體 速度較高的氣體——可壓縮氣體3、當氣體的溫度不過低、壓強不過高時，T、P、v三者關系服從理想氣體狀態(tài)方程精品資料

一般將建筑環(huán)境與設備工程系統(tǒng)中流速較低、密度變化很小的水和氣體，認為是一種易于流動(liúdòng)、具有粘滯性和不可壓縮的流體。精品資料連續(xù)介質 連續(xù)介質是流體力學或固體力學研究的基本假設之一。它認為流體或固體質點在空間是連續(xù)而無空隙地分布的，且質點具有宏觀物理量如質量、速度、壓強、溫度等，都是空間和時間的連續(xù)函數(shù)，滿足(mǎnzú)一定的物理定律（如質量守恒定律、牛頓運動定律、能量守恒定律、熱力學定律等）。精品資料表面張力(biǎomiànzhānglì)表面張力：由于分子間的吸引力，在液體的自由表面上能夠承受極其微小的張力。表面張力是液體的特有性質表面張力系數(shù)σ，單位N/m表面張力發(fā)生在：液體與氣體接觸的周界面；液體與固體接觸的周界面；液體與液體接觸的周界面表面張力的影響(yǐngxiǎng)在一般是工程中被忽略，但在水滴和氣泡的形成、液體霧化、氣液兩相流的傳熱介質的研究中不能被忽略精品資料表面張力(biǎomiànzhānglì) 由于表面張力的作用,如果把兩端開口的玻璃細管(xìɡuǎn)豎立在液體中,液體就會在細管(xìɡuǎn)中上升和下降當管徑很小時,h可以很大。因此,用來測定壓強的玻璃細管直徑不能太大,否則就會產(chǎn)生很大的誤差。如果把玻璃細管豎立在水中當水溫為20度時,則水在管中的上升高度為如果把玻璃細管豎立在水銀中,當水銀溫度為20度時,則水銀在管中的下降高度為精品資料1.1.3流體(liútǐ)靜力學目的：學習(xuéxí)和討論流體靜止狀態(tài)下的力學規(guī)律及其應用流體靜止時的特點：不顯示其粘滯性，不存在切相應力流體靜止是運動中的一種特殊狀態(tài)流體靜力學研究的中心問題：流體靜壓強的分布規(guī)律精品資料流體(liútǐ)靜壓強一、流體靜壓強及其特性(1)靜水壓力(yālì)與靜水壓強靜止液體作用在與之接觸的表面上的水壓力(yālì)稱為靜水壓力(yālì)P.在靜水中表面積為△A的水體，微小面積△A所受作用力△P，該微小面積上的平均壓強為當△A無限縮小至趨于點K時，K點的靜水壓強

靜水壓強的因次：力/面積。單位：Pa、N/m2、bar、kgf/m2等105Pa=1bar

返回首頁精品資料流體靜壓強特性流體靜壓強的方向與受壓面垂直并指向受壓面。因為靜止流體不能承受拉應力和不存在切應力,所以,只能存在垂直于表面內法線(fǎxiàn)方向的壓應力——壓強。任意點的流體靜壓強的大小與受壓面的方向無關，只與該點的位置有關。即同一點的各向靜壓強大小相等。精品資料（1）分析靜止液體中壓強分布作用與軸向的外力有：上表面(biǎomiàn)壓力下底面的靜水壓力柱體重力靜止液體中壓強分布柱體側面積的靜水壓力其方向與軸向垂直，在軸向投影為零

返回(fǎnhuí)首頁二、流體靜壓強的分布規(guī)律精品資料

第二節(jié)流體(liútǐ)靜力學特點(tèdiǎn)

方程表示靜水壓強與水深成正比的直線分布規(guī)律作用于液面上的表面壓強p0是等值地傳遞到靜止液體中每一點上；對于氣體,由于γ很小,當γh不大時,可忽略h

項,則p＝p0靜水壓強基本方程式：鉛直小圓柱體處于靜止狀態(tài)，其軸向力平衡

流體靜壓強規(guī)律適用于靜止、同種、連續(xù)液體精品資料幾個概念等壓面：流體中壓強(yāqiáng)相等的各點組成的面絕對壓強(yāqiáng)pA：是以完全真空為零點計算的壓強(yāqiáng)相對壓強(yāqiáng)p：是以大氣壓強(yāqiáng)為零點計算的壓強(yāqiáng)真空壓強(yāqiáng)/真空度pk：某點的絕對壓強(yāqiáng)低于大氣壓強(yāqiáng)的部分工程中通常采用相對壓強(yāqiáng)精品資料 相對壓強與絕對壓強的關系為：p=pA-pa 某一點的絕對壓強與大氣壓強比較,可以大于大氣壓強pa,也可以小于大氣壓強pa,因此(yīncǐ)相對壓強可以是正值也可以是負值。相對壓強為正值稱為正壓(即壓力表讀數(shù));負值稱負壓,這時流體處于真空狀態(tài),通常用真空度(或真空壓強)來度量流體的真空程度。所謂真空度,是指某點的絕對壓強低于大氣壓強的部分,用pk表示,即pk=pa-pA=-p 某點的真空度愈大,說明它的絕對壓強愈小。真空度的最大值為pk=pa=98kN/m2,即絕對壓強為零,處于完全真空狀態(tài);真空度的最小值為零時,即pk=0,表明在一個大氣壓強下。 真空度在pk=0~98kN/m2的范圍內變化。精品資料壓強的三種度量單位：用壓強的定義表示(biǎoshì)用大氣壓的倍數(shù)表示(biǎoshì)用液柱高度表示(biǎoshì)標準大氣壓符號(fúhào)atm，工程大氣壓at標準大氣壓：1atm=101.325kPa工程大氣壓：1at=1kgf/cm2精品資料1.1.4流體(liútǐ)運動的基本知識流體(liútǐ)運動的基本概念壓力流

無壓流

恒定流非恒定流精品資料壓力流：流體在壓差作用下流動時，流體整個周圍都和固體壁相接觸。最常見的壓力流是滿管流，如供熱工程中管道輸送蒸汽、熱水，空調管道中流動的氣體，給水管道中輸送的液體。無壓流：流體在重力(zhònglì)作用下流動時，液體的部分周界和固體壁相接觸，部分周界和氣體相接觸。如天然河、明渠流、管道排污水、管道排雨水和管道排空調的凝結水。精品資料恒定流：在流場中任何空間點上的所有運動(yùndòng)參數(shù)都不隨時間而變化的流動.非恒定流：在流場中任何空間點上的運動(yùndòng)參數(shù)隨時間而變化的流動精品資料流體(liútǐ)運動的基本概念流線流線：同一時刻連續(xù)流體(liútǐ)質點的流動方向線，是一條空間曲線，在該曲線上所有各點的速度向量都與該曲線相切.跡線：流體(liútǐ)質點運動時所走過的軌跡線

恒定流時,流線的形狀和位置不隨時間而改變,且流體質點運動的流線與跡線相重合;但在非恒定流時,流線與跡線一般是不相重合的。流線不能相交。精品資料均勻(jūnyún)流非均勻(jūnyún)流均勻流和非均勻流均勻流:質點的流速的大小和方向均不變的流動。非均勻流：漸變流和急變流流體運動的基本概念精品資料流體(liútǐ)運動的基本概念元流總流過流斷面(duànmiàn)元流：水流中取一微小面積dA，在dA上各點引出流線所形成微小流束?？偭鳎毫黧w運動時，無數(shù)元流的總和過流斷面：與元流或總流的流線成正交的橫斷面精品資料流體(liútǐ)運動的基本概念流量：單位時間內通過某一過流斷面的流體數(shù)量(shùliàng)單位時間內通過過流斷面dA的液體體積為dQ=udA體積流量質量流量重量流量斷面平均流速：斷面上各點流速的平均值。過流斷面面積乗斷面平均流速得到的流量，等于實際流速通過該斷面的流量。斷面平均流速計算公式：精品資料二、恒定(héngdìng)流的連續(xù)性方程式恒定(héngdìng)流的連續(xù)性方程式實質：質量守恒。不可壓縮的總流體積流量的連續(xù)性方程式或可壓縮的總流體積流量的連續(xù)性方程式或精品資料任意(rènyì)斷面：實際(shíjì)流體恒定總流能量方程：三、恒定流元流的能量方程式不可壓縮、無粘性、恒定流理想流體恒定總流能量方程：精品資料幾個概念（參考圖1-14）位置水頭壓強水頭流速水頭水頭損失(sǔnshī)總水頭線總水頭坡度/水力坡度測壓管水頭線精品資料精品資料精品資料1.1.5流動阻力和水頭(shuǐtóu)損失 總水頭線是沿著流體(liútǐ)流動方向逐漸下降的。流體(liútǐ)流動存在能量損失,稱之為水頭損失或流動阻力。精品資料流動阻力的兩種形式：、沿程阻力：在長直管路(或明渠)中流動的流體所受到的摩擦阻力。局部阻力：流體的邊界在局部地區(qū)發(fā)生急劇變化時迫使主流脫離邊壁而形成漩渦,流體質點間產(chǎn)生劇烈的碰撞,所形成的阻力。對應的能量損失沿程（水頭）損失：為了克服沿程阻力而消耗的單位(dānwèi)重量流體的機械能量。局部（水頭）損失：為了克服局部阻力消耗的單位(dānwèi)重量流體的機械能量。精品資料能量損失(sǔnshī)的計算沿程損失(sǔnshī)沿管長均勻(jūnyún)發(fā)生局部損失局部障礙引起的整個管路的能量損失等于：各管段的沿程損失和局部損失之和精品資料流體流動(liúdòng)的兩種形態(tài)——層流和紊流精品資料 對于流動形態(tài)的判斷,雷諾用無因次量綱分析方法(fāngfǎ)得到無因次量——雷諾數(shù)Re來判別。 若Re<2300時,流動為層流(cénɡliú)形態(tài);若Re>2300時,流動為紊流形態(tài)。對于圓管的有壓管流:精品資料對于(duìyú)非圓管流:若Re<500時,非圓管流為層流形態(tài)；若Re>500時,非圓管流為紊流形態(tài)。在建筑設備工程中,絕大多數(shù)的流體運動(yùndòng)都處于紊流形態(tài)。只有在流速很小、管徑很大或粘性很大的流體運動(yùndòn