建筑設(shè)備流體力學(xué)課件

第一章流體力學(xué)第一章流體力學(xué)1.1流體力學(xué)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及其分布規(guī)律流體運動的基本知識流動阻力和水頭損失1.1流體力學(xué)基本知識本章了解和掌握的內(nèi)容的內(nèi)容：研究對象流體氣體液體流體的主要物理性質(zhì)基本特征：具有流動性研究對象流體氣體液體流體的主要物理性質(zhì)基本特征：具有流動性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(xué)力學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系。即流體運動時其內(nèi)部各質(zhì)點之間有復(fù)雜的相對運動，流體的運動和變形聯(lián)系在一起。流動性使流體具有的特點：

在供熱通風(fēng)與空調(diào)、燃氣工程和給水排水工程中,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、燃氣的供應(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)是研究流體宏觀機械運動規(guī)律,并運用這些規(guī)律解決實際工程問題的一門學(xué)科。 在供熱通風(fēng)與空調(diào)、燃氣工程和給水排水工程中,用于熱的供應(yīng)流體運動規(guī)律研究的兩個分支：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)流體運動規(guī)律研究的兩個分支：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。液體和氣體的區(qū)別：

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械運動,把流體看成是由無數(shù)流體微團(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)就可以不考慮復(fù)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(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,就可以利用數(shù)學(xué)分析這一有力的工具來研究流體的運動規(guī)律。 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

流體力學(xué)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(xué)只不過是著重從機械運動的角度來研究而已。 流體力學(xué)雖然主要研究流體的機械運動,但自然界的一切事物都

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、造紙等工業(yè)交通運輸業(yè):飛機、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)、燃氣供應(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 流體力學(xué)的應(yīng)用:流體的主要物理性質(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增大體積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流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)慣性和重力特性粘滯性膨脹流體的密度和容重隨外界壓力和溫度而變化。水在標(biāo)準大氣壓下和4攝氏度時,其ρ=1000kg/m3、γ=9.807kN/m3。水銀在標(biāo)準大氣壓和0攝氏度時,密度和容重是水的13.6倍。干空氣在溫度為20攝氏度、壓強為01324.72Pa時密度和容重分別為1.2kg/m3和11.80N/m3。流體的密度和容重隨外界壓力和溫度而變化。流體的粘滯性du/dy－流速梯度，沿垂直流速方向單位長度的流速增值流體內(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運動而產(chǎn)生的內(nèi)摩力用以反抗相對運動的性質(zhì)流體的粘滯性du/dy－流速梯度，沿垂直流速方向單牛頓在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。將切應(yīng)力表示為：牛頓在1687年總結(jié)實驗的基礎(chǔ)上,首粘度的影響因素流體粘度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(dāng)溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。

粘度的影響因素流體粘度μ（動力粘滯性系數(shù)）的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動動量交換的結(jié)果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以μ值增加。溫度對流體粘度的具體影響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)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、壓強不過高時，T、P、v三者關(guān)系服從理想氣體狀態(tài)方程膨脹性與壓縮性結(jié)論：

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，認為是一種易于流動、具有粘滯性和不可壓縮的流體。

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、溫度等，都是空間和時間的連續(xù)函數(shù)，滿足一定的物理定律（如質(zhì)量守恒定律、牛頓運動定律、能量守恒定律、熱力學(xué)定律等）。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)之表面張力表面張力：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表面張力表面張力：由于分子間的吸引力，在液體的自由表面上能夠表面張力

由于表面張力的作用,如果把兩端開口的玻璃細管豎立在液體中,液體就會在細管中上升和下降當(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(dāng)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(dāng)水銀溫度為20度時,則水銀在管中的下降高度為表面張力 由于表面張力的作用,如果把兩端開口的玻璃細管豎立1.1.3流體靜力學(xué)目的：學(xué)習(xí)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：流體靜壓強的分布規(guī)律1.1.3流體靜力學(xué)目的：學(xué)習(xí)和討論流體靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)流體靜壓強一、流體靜壓強及其特性

(1)

靜水壓力與靜水壓強靜止液體作用在與之接觸的表面上的水壓力稱為靜水壓力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(dāng)△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

返回首頁流體靜壓強一、流體靜壓強及其特性返回首頁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(yīng)力和不存在切應(yīng)力,所以,只能存在垂直于表面內(nèi)法線方向的壓應(yīng)力——壓強。任意點的流體靜壓強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大小相等。流體靜壓強特性（1）分析靜止液體中壓強分布

作用與軸向的外力有：上表面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(cè)面積的靜水壓力其方向與軸向垂直，在軸向投影為零

返回首頁二、流體靜壓強的分布規(guī)律返回首頁二、流體靜壓強的分布規(guī)律

第二節(jié)流體靜力學(xué)特點

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(dāng)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?fàn)顟B(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)液體第二節(jié)流體靜力學(xué)特點方程表示靜水壓強與水深成正比的直線幾個概念等壓面：流體中壓強相等的各點組成的面絕對壓強pA：是以完全真空為零點計算的壓強相對壓強p：是以大氣壓強為零點計算的壓強真空壓強/真空度pk：某點的絕對壓強低于大氣壓強的部分工程中通常采用相對壓強幾個概念

相對壓強與絕對壓強的關(guān)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(nèi)變化。 相對壓強與絕對壓強的關(guān)系為：p=pA-pa壓強的三種度量單位：用壓強的定義表示用大氣壓的倍數(shù)表示用液柱高度表示標(biāo)準大氣壓符號atm，工程大氣壓at標(biāo)準大氣壓：1atm=101.325kPa工程大氣壓：1at=1kgf/cm2壓強的三種度量單位：標(biāo)準大氣壓符號atm，工程大氣壓at1.1.4流體運動的基本知識流體運動的基本概念壓力流

無壓流

恒定流非恒定流1.1.4流體運動的基本知識流體運動的基本概念壓力流無壓壓力流：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。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恒定流：在流場中任何空間點上的所有運動參數(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參數(shù)隨時間而變化的流動恒定流：在流場中任何空間點上的所有運動參數(shù)都不隨時間而變化流體運動的基本概念流線流線：同一時刻連續(xù)流體質(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：流體質(zhì)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(zhì)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。流體運動的基本概念流線流線：同一時刻連續(xù)流體質(zhì)點的流動方向線均勻流非均勻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動的基本概念均勻流非均勻流均勻流和非均勻流流體運動的基本概念流體運動的基本概念元流總流過流斷面元流：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流體運動的基本概念元流元流：水流中取一微小面積dA，在dA上流體運動的基本概念流量：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：流體運動的基本概念流量：單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體數(shù)量二、恒定流的連續(xù)性方程式恒定流的連續(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)性方程式或二、恒定流的連續(xù)性方程式恒定流的連續(xù)性方程式不可壓縮的總流體任意斷面：實際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：任意斷面：實際流體恒定總流能量方程：三、恒定流元流的能幾個概念（參考圖1-14）位置水頭壓強水頭流速水頭水頭損失總水頭線總水頭坡度/水力坡度測壓管水頭線幾個概念（參考圖1-14）建筑設(shè)備流體力學(xué)課件建筑設(shè)備流體力學(xué)課件1.1.5流動阻力和水頭損失

總水頭線是沿著流體流動方向逐漸下降的。流體流動存在能量損失,稱之為水頭損失或流動阻力。1.1.5流動阻力和水頭損失 總水頭線是沿著流體流動方向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重量流體的機械能量。流動阻力的兩種形式：、能量損失的計算沿程損失沿管長均勻發(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能量損失的計算沿管長均勻發(fā)生局部損失局部障礙引起的整個管路的流體流動的兩種形態(tài)——層流和紊流流體流動的兩種形態(tài)——層流和紊流

對于流動形態(tài)的判斷,雷諾用無因次量綱分析方法得到無因次量——雷諾數(shù)Re來判別。

若Re<2300時,流動為層流形態(tài);若Re>2300時,流動為紊流形態(tài)。對于圓管的有壓管流: 對于流動形態(tài)的判斷,雷諾用無因次量綱分析方法得到無因次量對于非圓管流: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)的流體運動都處于紊流形態(tài)。只有在流速很小、管徑很大或粘性很大的流體運動時(如地下滲流、油管等)才可能發(fā)生層流運動。對于非圓管流:若Re<500時,非圓管流為層流形態(tài)；若Re>沿程阻力系數(shù)λ：是反映邊界粗糙情況和流態(tài)對水頭損失影響的一個系數(shù)沿程阻力系數(shù)的確定：尼古拉茲實驗實驗條件：恒定流速層流中沿程阻力系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為λ=f(Re);在紊流中,λ與雷諾數(shù)及粗糙度之間的關(guān)系,在理論上還并不完善。沿程阻力系數(shù)λ：是反映邊界粗糙情況和流態(tài)對水頭損失影響的一個建筑設(shè)備流體力學(xué)課件建筑設(shè)備流體力學(xué)課件

以上是計算λ值常用的經(jīng)驗公式,此外還有莫迪公式、阿里特蘇里公式等。也可以查用工業(yè)管道的計算用表或莫迪圖取得λ值。在選用沿程阻力系數(shù)計算公式時,應(yīng)注意管道的材料和管網(wǎng)用途,選用適當(dāng)?shù)墓竭M行計算。 以上是計算λ值常用的經(jīng)驗公式,此外還有莫迪公式、阿里特蘇里思考題1、流體與固體相比他的最主要的特征是（）

3、流體在管道的流動過程中總有能量損失，這個能量損失等于各管段（）、（）的總和2、流體的主要物理性質(zhì)慣性、重力特性、（）、壓縮性和膨脹性思考題1、流體與固體相比他的最主要的特征是（思考題1、流體與固體相比他的最主要的特征是（）流動性

3、流體在管道的流動過程中總有能量損失，這個能量損失等于各管段（）、（）的總和沿程損失局部損失粘滯性2、流體的主要物理性質(zhì)慣性、重力特性、（）、壓縮性和膨脹性思考題1、流體與固體相比他的最主要的特征是（第一章流體力學(xué)第一章流體力學(xué)1.1流體力學(xué)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及其分布規(guī)律流體運動的基本知識流動阻力和水頭損失1.1流體力學(xué)基本知識本章了解和掌握的內(nèi)容的內(nèi)容：研究對象流體氣體液體流體的主要物理性質(zhì)基本特征：具有流動性研究對象流體氣體液體流體的主要物理性質(zhì)基本特征：具有流動性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(xué)力學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系。即流體運動時其內(nèi)部各質(zhì)點之間有復(fù)雜的相對運動，流體的運動和變形聯(lián)系在一起。流動性使流體具有的特點：

在供熱通風(fēng)與空調(diào)、燃氣工程和給水排水工程中,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、燃氣的供應(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)是研究流體宏觀機械運動規(guī)律,并運用這些規(guī)律解決實際工程問題的一門學(xué)科。 在供熱通風(fēng)與空調(diào)、燃氣工程和給水排水工程中,用于熱的供應(yīng)流體運動規(guī)律研究的兩個分支：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)流體運動規(guī)律研究的兩個分支：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。液體和氣體的區(qū)別：

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械運動,把流體看成是由無數(shù)流體微團(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)就可以不考慮復(fù)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(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,就可以利用數(shù)學(xué)分析這一有力的工具來研究流體的運動規(guī)律。 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

流體力學(xué)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(xué)只不過是著重從機械運動的角度來研究而已。 流體力學(xué)雖然主要研究流體的機械運動,但自然界的一切事物都

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、造紙等工業(yè)交通運輸業(yè):飛機、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)、燃氣供應(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 流體力學(xué)的應(yīng)用:流體的主要物理性質(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增大體積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流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)慣性和重力特性粘滯性膨脹流體的密度和容重隨外界壓力和溫度而變化。水在標(biāo)準大氣壓下和4攝氏度時,其ρ=1000kg/m3、γ=9.807kN/m3。水銀在標(biāo)準大氣壓和0攝氏度時,密度和容重是水的13.6倍。干空氣在溫度為20攝氏度、壓強為01324.72Pa時密度和容重分別為1.2kg/m3和11.80N/m3。流體的密度和容重隨外界壓力和溫度而變化。流體的粘滯性du/dy－流速梯度，沿垂直流速方向單位長度的流速增值流體內(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運動而產(chǎn)生的內(nèi)摩力用以反抗相對運動的性質(zhì)流體的粘滯性du/dy－流速梯度，沿垂直流速方向單牛頓在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。將切應(yīng)力表示為：牛頓在1687年總結(jié)實驗的基礎(chǔ)上,首粘度的影響因素流體粘度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(dāng)溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。

粘度的影響因素流體粘度μ（動力粘滯性系數(shù)）的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動動量交換的結(jié)果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以μ值增加。溫度對流體粘度的具體影響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)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、壓強不過高時，T、P、v三者關(guān)系服從理想氣體狀態(tài)方程膨脹性與壓縮性結(jié)論：

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，認為是一種易于流動、具有粘滯性和不可壓縮的流體。

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、溫度等，都是空間和時間的連續(xù)函數(shù)，滿足一定的物理定律（如質(zhì)量守恒定律、牛頓運動定律、能量守恒定律、熱力學(xué)定律等）。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)之表面張力表面張力：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表面張力表面張力：由于分子間的吸引力，在液體的自由表面上能夠表面張力

由于表面張力的作用,如果把兩端開口的玻璃細管豎立在液體中,液體就會在細管中上升和下降當(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(dāng)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(dāng)水銀溫度為20度時,則水銀在管中的下降高度為表面張力 由于表面張力的作用,如果把兩端開口的玻璃細管豎立1.1.3流體靜力學(xué)目的：學(xué)習(xí)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：流體靜壓強的分布規(guī)律1.1.3流體靜力學(xué)目的：學(xué)習(xí)和討論流體靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)流體靜壓強一、流體靜壓強及其特性

(1)

靜水壓力與靜水壓強靜止液體作用在與之接觸的表面上的水壓力稱為靜水壓力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(dāng)△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

返回首頁流體靜壓強一、流體靜壓強及其特性返回首頁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(yīng)力和不存在切應(yīng)力,所以,只能存在垂直于表面內(nèi)法線方向的壓應(yīng)力——壓強。任意點的流體靜壓強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大小相等。流體靜壓強特性（1）分析靜止液體中壓強分布

作用與軸向的外力有：上表面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(cè)面積的靜水壓力其方向與軸向垂直，在軸向投影為零

返回首頁二、流體靜壓強的分布規(guī)律返回首頁二、流體靜壓強的分布規(guī)律

第二節(jié)流體靜力學(xué)特點

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(dāng)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?fàn)顟B(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)液體第二節(jié)流體靜力學(xué)特點方程表示靜水壓強與水深成正比的直線幾個概念等壓面：流體中壓強相等的各點組成的面絕對壓強pA：是以完全真空為零點計算的壓強相對壓強p：是以大氣壓強為零點計算的壓強真空壓強/真空度pk：某點的絕對壓強低于大氣壓強的部分工程中通常采用相對壓強幾個概念

相對壓強與絕對壓強的關(guān)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(nèi)變化。 相對壓強與絕對壓強的關(guān)系為：p=pA-pa壓強的三種度量單位：用壓強的定義表示用大氣壓的倍數(shù)表示用液柱高度表示標(biāo)準大氣壓符號atm，工程大氣壓at標(biāo)準大氣壓：1atm=101.325kPa工程大氣壓：1at=1kgf/cm2壓強的三種度量單位：標(biāo)準大氣壓符號atm，工程大氣壓at1.1.4流體運動的基本知識流體運動的基本概念壓力流

無壓流

恒定流非恒定流1.1.4流體運動的基本知識流體運動的基本概念壓力流無壓壓力流：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。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恒定流：在流場中任何空間點上的所有運動參數(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參數(shù)隨時間而變化的流動恒定流：在流場中任何空間點上的所有運動參數(shù)都不隨時間而變化流體運動的基本概念流線流線：同一時刻連續(xù)流體質(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：流體質(zhì)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(zhì)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。流體運動的基本概念流線流線：同一時刻連續(xù)流體質(zhì)點的流動方向線均勻流非均勻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動的基本概念均勻流非均勻流均勻流和非均勻流流體運動的基本概念流體運動的基本概念元流總流過流斷面元流：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流體運動的基本概念元流元流：水流中取一微小面積dA，在dA上流體運動的基本概念流量：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：流體運動的基本概念流量：單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體數(shù)量二、恒定流的連續(xù)性方程式恒定流的連續(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)性方程式或二、恒定流的連續(xù)性方程式恒定流的連續(xù)性方程式不可壓縮的總流體任意斷面：實際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：任意斷面：實際流體恒定總流能量方程：三、恒定流元流的能幾個概念（參考圖1-14）位置水頭壓強水頭流速水頭