建筑設(shè)備第1講流體力學(xué)

建筑設(shè)備

建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室近代房屋建筑——給水近代房屋建筑——采暖近代房屋建筑——灶近代房屋建筑——照明現(xiàn)代房屋建筑——給水現(xiàn)代房屋建筑——采暖現(xiàn)代房屋建筑——采暖現(xiàn)代房屋建筑——通風(fēng)現(xiàn)代房屋建筑——空氣調(diào)節(jié)典型集中式（全空氣）空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)代房屋建筑——燃?xì)夤?yīng)現(xiàn)代房屋建筑——供電建筑設(shè)備的概念為建筑物使用者提供生活和工作服務(wù)的各種設(shè)施和設(shè)備系統(tǒng)的總稱。包括：給水、排水、熱水供應(yīng)、煤氣、采暖、通風(fēng)、空調(diào)、供電、照明、消防、電梯、通訊、音響、電視等設(shè)備系統(tǒng)。現(xiàn)代智能大廈系統(tǒng)中的OA(OfficeAutomation)、CA(CommunicationA.)、BA(BuildingA.)、SA(SecurityA.)、FA(FireA.)也屬于建筑設(shè)備的廣義范疇。新材料塑料制品代替各種金屬材料鋼和鋁的新品種和新規(guī)格軋材的應(yīng)用新型設(shè)備節(jié)水型的衛(wèi)生潔具快捷衛(wèi)生的供水設(shè)備節(jié)能的冷熱源設(shè)備新能源和電子技術(shù)太陽能利用電子控制技術(shù)建筑設(shè)備工程技術(shù)的發(fā)展建筑設(shè)備工程研究對象給排水工程——解決生活、生產(chǎn)、安全用水或美化環(huán)境用水；暖通空調(diào)——統(tǒng)稱HVAC采暖(Heating)：寒冷地區(qū)供熱通風(fēng)(Ventilation)保持衛(wèi)生要求的換氣或排出污染物、煙氣的通風(fēng)換氣空氣調(diào)節(jié)(Air-Conditioning)：簡稱空調(diào)狹義指炎熱地區(qū)的降溫廣義指改變空氣參數(shù)的所有方法和過程1、了解建筑給排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成等基本知識；2、掌握系統(tǒng)類型常用管材、設(shè)備；3、掌握各設(shè)備工程對建筑設(shè)計、裝飾、土建施工協(xié)調(diào)方面的要求，具有綜合考慮和合理處理各種建筑設(shè)備與建筑主體之間的關(guān)系的能力。4、通過了解給排水、暖通空調(diào)設(shè)備，可自覺在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用節(jié)能技術(shù)，減少建筑運行費用。學(xué)習(xí)目的

主要設(shè)備、系統(tǒng)組成、工作原理；設(shè)計計算的簡單估算法；閱讀施工圖紙；領(lǐng)會施工要求。課程主要任務(wù)學(xué)習(xí)及考核方法大作業(yè)、實物教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)開卷考試期末占70%；作業(yè)占20%；考勤占10%。流體力學(xué)：流體是液體和氣體的統(tǒng)稱，流體力學(xué)是研究流體平衡（靜止）和運動的力學(xué)規(guī)律及應(yīng)用的科學(xué)。（水和空氣動力學(xué)）流體力學(xué)在工程技術(shù)中的應(yīng)用：交通工具設(shè)計、流體機(jī)械設(shè)計、文體運動等應(yīng)用給排水、暖通空調(diào)都是以流體作為工作介質(zhì)，通過流體的各物理作用，對流體的流動有效加以組織來實現(xiàn)的。學(xué)好流體力學(xué)，才能對流體力學(xué)現(xiàn)象做出合乎實際的定向判斷和定量計算、估算。第1章流體力學(xué)基本知識1.1流體的主要物理性質(zhì)1.2流體靜壓強(qiáng)及其分布規(guī)律

1.3流體運動的基本知識1.4流動阻力和水頭損失

第1章主要內(nèi)容流動性：抗拉能力、抗切能力極弱慣性：物體維持原有運動狀態(tài)能力的性質(zhì)重力特性：受地球引力作用的特性粘滯性：抵抗流體相對運動（變形）能力壓縮性：壓強(qiáng)增大體積縮小熱脹性：溫度升高體積膨脹1.1流體的主要物理性質(zhì)分析：1）流體的密度和容重隨外界壓力和溫度而變化；2）常用流體的密度：水：干空氣（20℃，760mmHg）：1流體的慣性、重力特性粘滯力

——由于流體各流層的流速不同，相鄰流層間有相對運動，便在接觸面上產(chǎn)生一種相互作用的剪切力。流體的粘滯性

——流體在粘滯力的作用下，具有抵抗流體的相對運動（或變形）的能力。圖1.1管道中斷面流速分布2流體的粘滯性μ——與流體種類有關(guān)的系數(shù)，稱為動力粘滯性系數(shù)，kg／m·s，或（pa·s）；ν——運動粘滯性系數(shù)。τ的方向與運動的方向相反，做負(fù)功。牛頓內(nèi)摩擦定律流體壓強(qiáng)增大體積縮小的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。流體溫度升高體積膨脹的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性。液體壓縮性和熱脹性很小，只在水擊和熱水循環(huán)系統(tǒng)考慮。氣體：可壓縮氣體、不可壓縮氣體3流體的壓縮性和熱脹性易于流動的具有粘滯性的不可壓縮流體視為：連續(xù)介質(zhì)流體的力學(xué)模型1流體靜壓強(qiáng)及其特性圖1.2流體的靜壓強(qiáng)1.2流體靜壓強(qiáng)及其分布規(guī)律特征：流體靜壓強(qiáng)的方向必定沿著作用面的內(nèi)法線方向；任意點的流體靜壓只有一個值，它不因作用面的方位改變而改變。

圖1.3靜止液體中壓強(qiáng)分布靜水力學(xué)基本方程式

2流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律靜水壓強(qiáng)基本方程分析表示靜水壓強(qiáng)與水深成正比的直線分布規(guī)律；表明作用于液面的表面壓強(qiáng)p0是等值傳遞到靜止液體中每一點上；也適用于靜止氣體壓強(qiáng)計算，在高差h不大時，則p=p0；等壓面概念壓強(qiáng)計算基準(zhǔn)壓強(qiáng)的計算基準(zhǔn)相對壓強(qiáng)——以大氣壓為基準(zhǔn)，亦稱為表壓強(qiáng)p。真空度——表壓強(qiáng)為負(fù)時，其絕對值。絕對壓強(qiáng)——以絕對真空為零點?？捎孟铝袌D表直觀地表示它們的關(guān)系：pappApkpA絕對壓力與相對壓力1個工程大氣壓≈10mH2o≈735.6mmHg≈98kN/m2≈98000Pa1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓≈101325Pa≈760mmHg流體靜壓力的測量液柱式——利用液柱高度來確定壓強(qiáng)大小的儀器或裝置。它的量程小，但精度高；直觀、方便和經(jīng)濟(jì)。彈簧金屬式——利用金屬的彈性變形測壓強(qiáng)的大小。其量程大，攜帶方便，裝置簡便，但精度稍差。電測式——將彈性元件的機(jī)械變形轉(zhuǎn)化為電阻、電容、電感等電量。便于遠(yuǎn)距離及動態(tài)測量。液柱測壓計圖1.6水銀測壓計圖1.7文丘里流量計比壓計傾斜微壓計金屬壓力表電測式壓力計基本概念

壓力流與無壓流（有無自由表面）恒定流與非恒定流（有無隨時間變化）流線與跡線（時間和空間參數(shù)各固定一個）均勻流與非均勻流（流線是否平行）元流、總流、過流斷面、流量與斷面平均流速1.3流體運動的基本知識2恒定流的連續(xù)性方程式質(zhì)量守恒定律

連續(xù)方程圖1.14恒定總流段當(dāng)流體不可壓縮時3恒定總流能量方程式功能原理：作用于該元流流體上的各力所作的功，等于該元流段動能的增量。00伯努利方程式z1、z2——過流斷面1-1、2-2上單位重量液體位能，也稱位置水頭；

——過流斷面1-1、2-2上小位重量液體壓能，也稱壓強(qiáng)水頭；

——過流斷面1-1、2-2上小位重量液體動能，也稱速度水頭；

——單位重量液體通過流段12的平均能量損失，也稱水頭損失。圖1.15圓管中有壓流動的總水頭線與測壓管水頭線實際氣體恒定總流的能量方程式由于氣體容重很小，式中重力做功可以忽略不計。對一般通風(fēng)管道中，過流斷面上的流速分布比較均勻，動能修正系數(shù)可采用=1，1.4流動阻力和水頭損失

流體的流動阻力

實際流動中，由于流體質(zhì)點間存在內(nèi)摩擦力，使得過流斷面上各點的流動速度有所不同，流速低者與流速高者之間存在著相互的牽制作用，即流體的流動阻力。流動中的水頭損失

為了克服流動阻力，流體在流動中必然消耗部分機(jī)械能量，即流體流動中的能量損失。單位重量流體的能量損失稱為水頭損失。1.流動阻力和水頭損失的兩種形式沿程損失與局部損失均勻流中，流體所受阻力稱為沿程阻力。克服這種阻力所耗損的能量，稱為沿程損失。對于單位重量流體，稱為沿程水頭損失(Frictionalheadloss)，記作hf。非均勻流中，流體所受阻力稱為局部阻力?？朔@種阻力所耗損的能量，稱局部損失。對于單位重量流體，稱為局部水頭損失(Localheadloss)，記作hj。2流動的兩種型態(tài)——層流和紊流圖1.17管中液流的流動型態(tài)流態(tài)的判斷——雷諾數(shù)Re對于圓管的有壓管流：若＜2000時，流體為層流型態(tài)；若>2000時，流體為紊流型態(tài)。明渠流中的雷諾數(shù)

若<500時，明渠流為層流型態(tài)。若>500時，明渠流為紊流型態(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型態(tài)。只有在流速很小，管徑很小或粘滯性很大的流體運動時（如地下水滲流，油管等）才可能發(fā)生層流運動。3沿程水頭損失(紊流)對液體流體：對氣體流體：壓頭損失實際工程中4沿程阻力系數(shù)和流速系數(shù)的確定尼古拉茲實驗曲線①1933年德國力學(xué)家與工程師尼古拉茲進(jìn)行了管流沿程阻力系數(shù)和流速分布的實驗測定。②沿程阻力系數(shù)的影響因素為

＝f(Re，K/d)③沿程阻力系數(shù)的測定尼古拉茲實驗曲線分析層流區(qū)：Re<2300,λ=64/Re過渡區(qū)：2300<Re<4000,λ=f(Re,Δ/d)紊流區(qū)：Re>4000水力光滑區(qū)λ=f(Re)水力過渡區(qū)λ=f(Re,Δ/d)阻力平方區(qū)λ=f(Δ/d)5局部水頭損失ξ——