第1章建筑设备理论基础

1、建筑设备建筑设备- - Construction equipment第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.流体力学基本知识流体力学基本知识.流体的主要物理性质.流体的密度和重度均质流体单位体积所具有的质量称为密度，用表示，单位为。单位体积流体所受的重力称为重度，用 表示，单位为。流体的重度和密度关系为：第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.流体的黏性流体由静止到流动，是一个流体内部产生剪切力，形成剪切变形，使静止状态受到破坏的过程。这种表现流体流动时产生内摩擦力阻碍流体质点或流层间相

2、对运动的特性称为黏性，内摩擦力称为黏滞力。平行平板间的流体，流速分布呈直线，而流体在圆管内流动时，速度分布呈抛物线形。如下图所示：第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础牛顿在总结实验的基础上，提出了流体内摩擦力假说牛顿内摩擦定律，其数学表达式为：单位面积上的内摩擦力称为切应力，以表示，单位为。式中的流体动力黏度表示流体黏性的大小，它决定于流体的种类和温度，通常也称为黏度或动力黏度。流体黏性除用动力黏度表示外，还常用运动黏度表示，单位为。液体的运动黏度见表-，水的黏度见表-，一个大气压下空气的黏度见表-。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备

3、理论基础牛顿内摩擦力定律只适用于部分流体，对于某些特殊流体是不适用的。把符合牛顿内摩擦力定律的流体称为牛顿流体，不符合的称为非牛顿流体，如泥浆、血浆、油漆和颜料等。建筑设备工程领域涉及的主要是牛顿流体。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.流体的压缩性和热膨胀性流体受压时，体积缩小、密度增大的性质称为流体的压缩性。流体受热时，体积膨胀、密度减小的性质称为流体的膨胀性（即热胀性）。流体膨胀性的大小用膨胀系数（ 或）来表示，热膨胀系数表示单位温度所引起的体积相对变化量，即：流体压缩性的大小一般用压缩系数（单位为）来表示。压缩系数是指单位压强所引起的体积相对变化量，即：气体为可压缩流体，若

4、在一定容器内气体的质量不变，则两个稳定状态之间的参数关系可由理想气体状态方程确定：第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.流体的惯性流体具有反抗改变其原有运动状态的物理特性，即惯性。惯性是物体保持原有运动状态的性质。运动状态的任何改变都必须克服惯性的作用。质量是衡量惯性的唯一尺度。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.表面张力因为液体跟气体接触的表面存在一个薄层，称为表面层。表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，这种表面层分子间的拉引力称为表面张力。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理

5、论基础.作用于流体上的力质量力若质量为犿的均质流体，总质量力为犉，则单位质量力为：单位质量力犳在相应坐标轴上的投影为f、f、f，即:当液体所受的质量力只有重力时，重力G=mg在直角坐标系的三个轴向分量分别为G，G，Gmg，则单位质量重力的轴向分力为:表面力表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与受力表面的面积成正比。表面力可分解为垂直于作用面的压力和沿作用面方向的剪切力。表面力的单位为牛顿。与作用面垂直的表面力称为压应力或压强；与作用面平行方向的表面力称为切应力。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础1.流体静压强及其分布规律在静止或相对静止的流体中，单位面积上的内法向表面力称为静压强

6、。在静水中取一表面积为A的水体，设周围水体对A表面上某一微小面积S产生的作用力为P，则该微小面积上的平均压强为:当S无限缩小到a点时，比值趋于某一极限值，该极限值为a点的静压强，以p表示：流体静压强有两个重要特性：（）流体静压强的方向总是和受压面垂直，并且只能是压力，不能是拉力，即流体的静压强的方向只能垂直并指向受压面。（）静止流体中任一点的静压强只有一个值，与作用面的方向无关，即任意点处各方向的静压强均相等，称为各向等值。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础分界面、自由表面和等压面两种密度不同且互不混合液体之间的接触面为分界面；液面和气体的交界面称为自由表面。流体中由压强相等的各点

7、组成的面叫做等压面。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础静压强的分布规律流体静力学方程式的其他形式第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础流体压强的表示方法流体压强的度量第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.流体动力学的基本概念过流断面、流量和断面平均流速流量是流体运动时单位时间内通过过流断面的流体的量。流量通常用体积流量和质量流量来表示。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础流量、过流断面面积和流速三者之间应符合下式，即：恒定流和非恒定流恒定流是指流体中任一点的压强和流速等运动参数不随时间变化的流动。例如，在定转

8、速下离心式水泵的吸水管中的液体流动和不变水位容器的管嘴出流均为恒定流，如图-（）所示。非恒定流是指流体中任一点的压强和流速等运动参数随时间变化的流动。往复式水泵的吸、排水管中的流动和变水位容器的管嘴出流均为非恒定流，如图-（）所示。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础压力流和无压力流压力流是流体在压差作用下流动时，流体各个过流断面的整个周界都与固体壁相接触，没有自由表面，如供热工程中管道输送汽等，风道中气体、给水管中水的输送等都是压力流。压力流也称有压流、管流等。无压流是流体在重力作用下流动时，流体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体相接触，形成自由表面。这种流体的运动称为无压流

9、、重力流或明渠流。明渠流和建筑排水横管中的水流等一般都是无压流。均匀流和非均匀流均匀流是流体运动时流线呈平行直线的流动，如等截面长直管中的流动。非均匀流是流体运动时流线不是平行直线的流动，如流体在收缩管、扩大管或弯管中的流动等。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础湿周与水力半径湿周是指流体的过流断面与边界接触的固体周界长度，以x表示，单位为。水力半径是过流面面积与湿周的比值，用R表示，单位为，即:水力半径R反映断面的过水能力，与几何半径是不同的概念。对满流圆管，几何半径为r，则有:第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.恒定流的连续性方程式第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设

10、备理论基础对于圆形管道，有：第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.实际液体恒定总流能量方程式第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.流动阻力和水头损失流态与判定对于圆管，采用管径d、流体密度、动力黏度 和流速v组合的量纲数，即雷诺数Re来判别判断流动状态：第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础沿程水头损失的计算流体运动时，不同流态的水头损失规律是不一样的。工程中的大多数流动是湍流，湍流状态下的水头损失计算的普遍性表达式为:第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础局部水头损

11、失的计算管道中某个部位（如水流转弯、分流、过水断面突然发生变化、闸阀等）的局部水头损失可以采用流速水头乘以局部阻力系数后得到，即:以上分别讨论了沿程和局部水头损失的计算，从而解决了流体运动中任意两过流断面间的水头损失计算问题，即:第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.孔口、管嘴出流薄壁小孔口恒定出流（）自由出流第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础（）孔口淹没出流第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础圆柱形外管嘴恒定出流第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.热工学基础.工质的热力学状态温度T常用的温标有热力学温标T（ 单位） 和摄氏温标t（ 单位） ， 两者

12、之间的关系为：压力p体积V和比体积v热力学能（内能）U焓H熵S第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.水蒸气和湿空气 水蒸气水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体， 它离液态较近， 性质较为复杂。 湿空气在通风、 空调和干燥工程中， 为使空气达到一定的温度和湿度，以符合生产工艺和生活的要求， 就不能忽略空气中的水蒸气， 此时称空气为湿空气。第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.传热的基本方式热传导热传导是指热量由物体的高温部分向低温部分的传递， 或者由一个高温物体向与其接触的低温物体的传递， 又称为导热。热对流热对流是指由于流体的宏观运动， 流体各部分之间发生相对位移， 冷热流

13、体相互掺混所引起的热量传递过程。热辐射热辐射是另一种热传递方式。物体以电磁波方式向外传递能量的过程称为辐射， 被传递的能量称为辐射能。这种由于热的原因而发生的辐射称为热辐射。传热过程许多实际热交换过程常常是热介质将能量传给换热面， 然后由换热面再传给介质， 这种热量由热流体通过壁面传给冷流体的过程称为传热过程。传热系数第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.电工的基本知识.直流电路电源2负载3导线.电路的运行状态断路（开路）2通路3短路第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.电阻的串联、 并联和混联3混联电路2并联电路串联电路第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备理论基础.克希霍夫定律（）克希荷夫第一定律（）（2）克希荷夫第二定律（V）第一章第一章 建筑设备理论基础建筑设备