建筑設(shè)備ppt-01-流體力學(xué)11

第一章流體力學(xué)(liútǐlìxué)精品資料1.1流體力學(xué)(liútǐlìxué)基本知識本章了解和掌握的內(nèi)容的內(nèi)容：流體的主要物理性質(zhì)慣性、重力特性、粘滯性、壓縮性和膨脹性流體靜壓強(qiáng)及其分布規(guī)律流體運(yùn)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(zhì)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(yùn)動與它的物理學(xué)力學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系。即流體運(yùn)動時其內(nèi)部各質(zhì)點之間有復(fù)雜的相對運(yùn)動，流體的運(yùn)動和變形聯(lián)系(liánxì)在一起。精品資料 在供熱通風(fēng)與空調(diào)、燃?xì)夤こ毯徒o水排水工程中,用于熱的供應(yīng)、空氣的調(diào)節(jié)、通風(fēng)、除塵降溫、排除熱濕氣體及有害氣體、燃?xì)獾墓?yīng)與輸配以及給水供應(yīng)和污水排出等,都是以流體作為工作介質(zhì),通過流體的各種物理作用,分別對氣體或液體的流動進(jìn)行有效的組織與控制來實現(xiàn)的。因此,流體力學(xué)是研究流體宏觀機(jī)械運(yùn)動規(guī)律,并運(yùn)用這些規(guī)律解決實際(shíjì)工程問題的一門學(xué)科。精品資料流體運(yùn)動規(guī)律研究(yánjiū)的兩個分支：液體：水力學(xué)和流體力學(xué)氣體：氣體動力學(xué)和空氣動力學(xué)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(yīng)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(xué)解決的問題,一般都具有較大的幾何尺寸,因此,流體力學(xué)不去研究微觀的分子運(yùn)動,而只研究流體表現(xiàn)出來的統(tǒng)計平均力學(xué)性質(zhì),即研究流體的宏觀機(jī)械運(yùn)動,把流體看成是由無數(shù)流體微團(tuán)(或稱質(zhì)點)充滿的、內(nèi)部無空隙的連續(xù)體(或稱為連續(xù)介質(zhì))。引入連續(xù)介質(zhì)這個假設(shè)就可以(kěyǐ)不考慮復(fù)雜的分子運(yùn)動,而只考慮流體在外力作用下的機(jī)械運(yùn)動。同時還可進(jìn)一步認(rèn)為:表征流體運(yùn)動和性質(zhì)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(xué)中來。這樣,就可以(kěyǐ)利用數(shù)學(xué)分析這一有力的工具來研究流體的運(yùn)動規(guī)律。精品資料 流體力學(xué)雖然主要研究流體的機(jī)械運(yùn)動,但自然界的一切事物都是相互(xiānghù)聯(lián)系的,單純的機(jī)械運(yùn)動是不存在的,尤其是氣體的機(jī)械運(yùn)動,總是和熱運(yùn)動分不開的,流體力學(xué)只不過是著重從機(jī)械運(yùn)動的角度來研究而已。精品資料 流體力學(xué)的應(yīng)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(yùn)輸業(yè):飛機(jī)、船舶設(shè)計以及農(nóng)田灌溉、水利建設(shè)、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(fēng)、燃?xì)夤?yīng)等工程,城市地下工程:地下空間的通風(fēng)、防火排煙煤炭工業(yè):礦井通風(fēng)、排水等精品資料流體的主要(zhǔyào)物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)慣性和重力特性粘滯性膨脹性與壓縮性壓強(qiáng)增大體積(tǐjī)縮小溫度升高體積膨脹建筑環(huán)境與設(shè)備工程中的水、氣流體一般認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下和4攝氏度時,其ρ=1000kg/m3、γ=9.807kN/m3。水銀在標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運(yùn)動而產(chǎn)生的內(nèi)摩力用以反抗相對運(yùn)動的性質(zhì)精品資料牛頓在1687年總結(jié)實驗的基礎(chǔ)上,首先提出了流體內(nèi)摩擦力的假說——牛頓內(nèi)摩擦定律(dìnglǜ)。將切應(yīng)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(qiáng)、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(qiáng)。對常見的流體，如水、氣體等，μ值隨壓強(qiáng)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(dāng)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(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素，當(dāng)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(yīng)力減小，所以μ值減小。

b.氣體：氣體分子間距離大，內(nèi)聚力很小，所以粘度主要是由氣體分子運(yùn)動動量交換的結(jié)果所引起的。溫度升高，分子運(yùn)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(zhì)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(zhì)精品資料膨脹性與壓縮性結(jié)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(dāng)氣體的溫度不過低、壓強(qiáng)不過高時，T、P、v三者關(guān)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(shè)備工程系統(tǒng)中流速較低、密度變化很小的水和氣體，認(rèn)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(zhì) 連續(xù)介質(zhì)是流體力學(xué)或固體力學(xué)研究的基本假設(shè)之一。它認(rèn)為流體或固體質(zhì)點在空間是連續(xù)而無空隙地分布的，且質(zhì)點具有宏觀物理量如質(zhì)量、速度、壓強(qiáng)、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(zhì)量守恒定律、牛頓運(yùn)動定律、能量守恒定律、熱力學(xué)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(zhì)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(zhì)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(xì)管(xìɡuǎn)豎立在液體中,液體就會在細(xì)管(xìɡuǎn)中上升和下降當(dāng)管徑很小時,h可以很大。因此,用來測定壓強(qiáng)的玻璃細(xì)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(xì)管豎立在水中當(dāng)水溫為20度時,則水在管中的上升高度為如果把玻璃細(xì)管豎立在水銀中,當(dāng)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(xué)目的：學(xué)習(xí)(xuéxí)和討論流體靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用流體靜止時的特點：不顯示其粘滯性，不存在切相應(yīng)力流體靜止是運(yùn)動中的一種特殊狀態(tài)流體靜力學(xué)研究的中心問題：流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律精品資料流體(liútǐ)靜壓強(qiáng)一、流體靜壓強(qiáng)及其特性(1)靜水壓力(yālì)與靜水壓強(qiáng)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(qiáng)為當(dāng)△A無限縮小至趨于點K時，K點的靜水壓強(qiáng)

靜水壓強(qiáng)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(qiáng)特性流體靜壓強(qiáng)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(yīng)力和不存在切應(yīng)力,所以,只能存在垂直于表面內(nèi)法線(fǎxiàn)方向的壓應(yīng)力——壓強(qiáng)。任意點的流體靜壓強(qiáng)的大小與受壓面的方向無關(guān)，只與該點的位置有關(guān)。即同一點的各向靜壓強(qiáng)大小相等。精品資料（1）分析靜止液體中壓強(qiáng)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(qiáng)分布柱體側(cè)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(qiáng)的分布規(guī)律精品資料

第二節(jié)流體(liútǐ)靜力學(xué)特點(tèdiǎn)

方程表示靜水壓強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)γh不大時,可忽略h

項,則p＝p0靜水壓強(qiáng)基本方程式：鉛直小圓柱體處于靜止?fàn)顟B(tài)，其軸向力平衡

流體靜壓強(qiáng)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(qiáng)(yāqiáng)相等的各點組成的面絕對壓強(qiáng)(yāqiáng)pA：是以完全真空為零點計算的壓強(qiáng)(yāqiáng)相對壓強(qiáng)(yāqiáng)p：是以大氣壓強(qiáng)(yāqiáng)為零點計算的壓強(qiáng)(yāqiáng)真空壓強(qiáng)(yāqiáng)/真空度pk：某點的絕對壓強(qiáng)(yāqiáng)低于大氣壓強(qiáng)(yāqiáng)的部分工程中通常采用相對壓強(qiáng)(yāqiáng)精品資料 相對壓強(qiáng)與絕對壓強(qiáng)的關(guān)系為：p=pA-pa 某一點的絕對壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)比較,可以大于大氣壓強(qiáng)pa,也可以小于大氣壓強(qiáng)pa,因此(yīncǐ)相對壓強(qiáng)可以是正值也可以是負(fù)值。相對壓強(qiáng)為正值稱為正壓(即壓力表讀數(shù));負(fù)值稱負(fù)壓,這時流體處于真空狀態(tài),通常用真空度(或真空壓強(qiáng))來度量流體的真空程度。所謂真空度,是指某點的絕對壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)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(qiáng)愈小。真空度的最大值為pk=pa=98kN/m2,即絕對壓強(qiáng)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(qiáng)下。 真空度在pk=0~98kN/m2的范圍內(nèi)變化。精品資料壓強(qiáng)的三種度量單位：用壓強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓符號(fúhào)atm，工程大氣壓at標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)動的基本知識流體(liútǐ)運(yùn)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(diào)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(diào)的凝結(jié)水。精品資料恒定流：在流場中任何空間點上的所有運(yùn)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(yùn)動(yùndòng)參數(shù)隨時間而變化的流動精品資料流體(liútǐ)運(yùn)動的基本概念流線流線：同一時刻連續(xù)流體(liútǐ)質(zhì)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(zhì)點運(yùn)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(zhì)點運(yùn)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(zhì)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(yùn)動的基本概念精品資料流體(liútǐ)運(yùn)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(yùn)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(yùn)動的基本概念流量：單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體數(shù)量(shùliàng)單位時間內(nèi)通過過流斷面dA的液體體積為dQ=udA體積流量質(zhì)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(zhì)：質(zhì)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(qiáng)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(zhì)點間產(chǎn)生劇烈的碰撞,所形成的阻力。對應(yīng)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(jī)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(jī)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(shè)備工程中,絕大多數(shù)的流體運(yùn)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(yùn)動(yùndòn