建筑設(shè)備 第一章 流體力學基本知識

第一章流體力學基本知識物質(zhì)的三種形態(tài)：固體、液體和氣體流體力學-----研究流體平衡和運動的力學規(guī)律及其應用的科學。第一節(jié)流體的主要物理性質(zhì)一.流體的密度和容重1.密度：對于均質(zhì)流體，單位體積的質(zhì)量。 kg/m32.容重：對于均質(zhì)流體，單位體積的重量。N/m3

4.密度和容重與壓力、溫度的關(guān)系壓力升高流體的密度和容重增加；溫度升高流體的密度和容重減小。

1.流體粘滯性的概念

流體內(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力（粘滯力）以反抗流體相對運動的性質(zhì)。動力粘滯系數(shù)μkg/m·s運動粘滯系數(shù)νm2/s

液體粘滯系數(shù)的測定

3.粘滯性與溫度、壓力的關(guān)系粘滯性受溫度影響大，受壓力影響小。

液體的粘滯性隨溫度的升高而降低。

氣體的粘滯性隨溫度的升高而增加。原因分析：粘滯性是流體分子間的吸引力和分子不規(guī)則的熱運動產(chǎn)生動量交換的結(jié)果。液體，分子間的吸引力是決定性因素；氣體，分子間的熱運動是決定性因素。流體受壓，體積縮小，密度增大的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。流體受熱，體積膨脹，密度減小的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性。

理想氣體狀態(tài)方程：

第二節(jié)流體靜壓強及其分布規(guī)律ⅠⅡ

(N/m2)p稱為a點的靜壓強

從壓強的定義出發(fā):力/面積國際單位:N/m2(以符號Pa表示)工程單位:kgf/m2或kgf/cm2用大氣壓的倍數(shù)表示:國際單位:標準大氣壓1標準大氣壓=101325Pa=1.01325bar(巴)工程單位:工程大氣壓(at)

1工程大氣壓(at)=1kgf/cm2

用液柱高度表示:mH2OmmH2OmmHg1標準大氣壓2O=10332.3mmH2O=760mmHg=101325Pa1工程大氣壓=10mH2O=10000mmH2O=735.6mmHg=98070Pa

(1)流體靜壓強p的方向必定沿著作用面的內(nèi)法線方向;(2)任意點的流體靜壓強只有一個值，它不因作用面的方位改變而改變。

-------又稱靜水力學基本方程式

水池（壩）壁相對壓強分布圖

ppa00絕對壓強ABA點絕對壓強pAA點相對壓強p大氣壓強(98kN/m2)B點絕對壓強pBB點真空度pk

(1)液柱測壓計(測壓管)(2)金屬壓力表、真空表壓力變送器

第三節(jié)流體運動的基本知識一、流體運動的基本概念（一）壓力流與無壓流1.壓力流：流體在壓差作用下流動時，流體整個周圍和固體壁相接觸，沒有自由表面，如供熱管道。供熱管道

2.無壓流：液體在重力作用下流動時，液體的部分周界與固體壁相接觸，部分周界與氣體相接觸，形成自由表面，如天然河流等。天然河流

（二）恒定流與非恒定流1.恒定流：流體運動時，流體中任一位置的壓強、流速等運動要素不隨時間變化的流動。2.非恒定流：流體運動時，流體中任一位置的運動要素如壓強、流速等隨時間變化的流動。

注意：自然界中都是非恒定流，工程中取為恒定流。（三）流線與跡線1.流線：同一時刻連續(xù)流體質(zhì)點的流動方向線。2.跡線：同一質(zhì)點在連續(xù)時間內(nèi)的流動軌跡線。

（四）均勻流與非均勻流1.均勻流：流體運動時，流線是平行直線的流動。2.非均勻流：流體運動時，流線不是平行直線的流動。（1）漸變流：流體運動中流線接近于平行線的流動。（2）急變流：流體運動中流線不能視為平行線的流動。

（五）元流、總流、過流斷面、流量與斷面平均流速1.元流：流體運動時，在流體中取一微小面積dw，并在dw面積上各點引出流線并形成的一股流束。2.總流：流體運動時，無數(shù)總流的總和。

3.過流斷面：流體運動時，與元流或總流全部流線正交的橫斷面。以dw或w示之，單位：m2或cm2。注意：均勻流的過流斷面為平面；非均勻流的過流斷面一般為曲面，其中漸變流的過流斷面可視為平面。

4.流量**（1）體積流量：流體運動時，單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體體積。以Q表示，單位：m3/s，L/s。（2）重量流量：流體運動時，單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體流量。以Q表示，單位：N/s。（3）質(zhì)量流量：流體運動時，單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體質(zhì)量。以Q表示，單位：kg/s。

斷面上各點流速的平均值，以v表示。

uv

二、恒定流的連續(xù)性方程式1122

三、恒定總流能量方程式1122Z1Z2v1v2p2hw1-2------實際液體恒定總流能量方程式（伯努里方程式）p1

上式中：

1-1，2-2過流斷面單位重量液體位能，也稱位置水頭

1-1，2-2過流斷面單位重量液體壓能，也稱壓強水頭

1-1，2-2過流斷面單位重量液體動能，也稱速度水頭單位重量液體通過流段1-2的平均能量損失，也稱水頭損失

對于不可壓縮氣體，液體能量方程式同樣可以適用，并可簡化為：--------實際氣體總流的能量方程式

第四節(jié)流動阻力和水頭損失一、流動阻力和水頭損失的兩種形式（一）沿程流動阻力和沿程水頭損失沿程阻力----流體在長管中流動，所受的摩擦阻力。沿程水頭損失----為了克服沿程阻力而消耗的單位重量流體的機械能量，以hf表示。

（二）局部阻力和局部水頭損失局部阻力------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(zhì)點間產(chǎn)生劇烈的碰撞，所形成的阻力。局部水頭損失------為了克服局部阻力而消耗的單位重量流體的機械能量，以hj表示。整個管道的總水頭損失為：

二、流動的兩種型態(tài)------層流和紊流

1.層流：流體成層成束地流動，各流層間并無質(zhì)點的摻混現(xiàn)象。2.紊流：流體的流速較大，質(zhì)點或液團相互摻混的流體型態(tài)。(以圓管有壓流為例）雷諾數(shù)-------層流雷諾數(shù)-------紊流注意：建筑設(shè)備工程中，絕大多數(shù)的流體運動都處于紊流型態(tài)。

三、沿程水頭損失采用半經(jīng)驗公式：為沿程阻力系數(shù)，它是反映邊界粗糙情況和流態(tài)對水頭損失影