建筑设备第1讲流体力学

建筑设备

建筑环境与设备工程教研室近代房屋建筑——给水近代房屋建筑——采暖近代房屋建筑——灶近代房屋建筑——照明现代房屋建筑——给水现代房屋建筑——采暖现代房屋建筑——采暖现代房屋建筑——通风现代房屋建筑——空气调节典型集中式（全空气）空调系统现代房屋建筑——燃气供应现代房屋建筑——供电建筑设备的概念为建筑物使用者提供生活和工作服务的各种设施和设备系统的总称。包括：给水、排水、热水供应、煤气、采暖、通风、空调、供电、照明、消防、电梯、通讯、音响、电视等设备系统。现代智能大厦系统中的OA(OfficeAutomation)、CA(CommunicationA.)、BA(BuildingA.)、SA(SecurityA.)、FA(FireA.)也属于建筑设备的广义范畴。新材料塑料制品代替各种金属材料钢和铝的新品种和新规格轧材的应用新型设备节水型的卫生洁具快捷卫生的供水设备节能的冷热源设备新能源和电子技术太阳能利用电子控制技术建筑设备工程技术的发展建筑设备工程研究对象给排水工程——解决生活、生产、安全用水或美化环境用水；暖通空调——统称HVAC采暖(Heating)：寒冷地区供热通风(Ventilation)保持卫生要求的换气或排出污染物、烟气的通风换气空气调节(Air-Conditioning)：简称空调狭义指炎热地区的降温广义指改变空气参数的所有方法和过程1、了解建筑给排水系统、通风系统、空调系统的构成等基本知识；2、掌握系统类型常用管材、设备；3、掌握各设备工程对建筑设计、装饰、土建施工协调方面的要求，具有综合考虑和合理处理各种建筑设备与建筑主体之间的关系的能力。4、通过了解给排水、暖通空调设备，可自觉在建筑结构设计过程中采用节能技术，减少建筑运行费用。学习目的

主要设备、系统组成、工作原理；设计计算的简单估算法；阅读施工图纸；领会施工要求。课程主要任务学习及考核方法大作业、实物教学、现场教学开卷考试期末占70%；作业占20%；考勤占10%。流体力学：流体是液体和气体的统称，流体力学是研究流体平衡（静止）和运动的力学规律及应用的科学。（水和空气动力学）流体力学在工程技术中的应用：交通工具设计、流体机械设计、文体运动等应用给排水、暖通空调都是以流体作为工作介质，通过流体的各物理作用，对流体的流动有效加以组织来实现的。学好流体力学，才能对流体力学现象做出合乎实际的定向判断和定量计算、估算。第1章流体力学基本知识1.1流体的主要物理性质1.2流体静压强及其分布规律

1.3流体运动的基本知识1.4流动阻力和水头损失

第1章主要内容流动性：抗拉能力、抗切能力极弱惯性：物体维持原有运动状态能力的性质重力特性：受地球引力作用的特性粘滞性：抵抗流体相对运动（变形）能力压缩性：压强增大体积缩小热胀性：温度升高体积膨胀1.1流体的主要物理性质分析：1）流体的密度和容重随外界压力和温度而变化；2）常用流体的密度：水：干空气（20℃，760mmHg）：1流体的惯性、重力特性粘滞力

——由于流体各流层的流速不同，相邻流层间有相对运动，便在接触面上产生一种相互作用的剪切力。流体的粘滞性

——流体在粘滞力的作用下，具有抵抗流体的相对运动（或变形）的能力。图1.1管道中断面流速分布2流体的粘滞性μ——与流体种类有关的系数，称为动力粘滞性系数，kg／m·s，或（pa·s）；ν——运动粘滞性系数。τ的方向与运动的方向相反，做负功。牛顿内摩擦定律流体压强增大体积缩小的性质，称为流体的压缩性。流体温度升高体积膨胀的性质，称为流体的热胀性。液体压缩性和热胀性很小，只在水击和热水循环系统考虑。气体：可压缩气体、不可压缩气体3流体的压缩性和热胀性易于流动的具有粘滞性的不可压缩流体视为：连续介质流体的力学模型1流体静压强及其特性图1.2流体的静压强1.2流体静压强及其分布规律特征：流体静压强的方向必定沿着作用面的内法线方向；任意点的流体静压只有一个值，它不因作用面的方位改变而改变。

图1.3静止液体中压强分布静水力学基本方程式

2流体静压强的分布规律静水压强基本方程分析表示静水压强与水深成正比的直线分布规律；表明作用于液面的表面压强p0是等值传递到静止液体中每一点上；也适用于静止气体压强计算，在高差h不大时，则p=p0；等压面概念压强计算基准压强的计算基准相对压强——以大气压为基准，亦称为表压强p。真空度——表压强为负时，其绝对值。绝对压强——以绝对真空为零点。可用下列图表直观地表示它们的关系：pappApkpA绝对压力与相对压力1个工程大气压≈10mH2o≈735.6mmHg≈98kN/m2≈98000Pa1个标准大气压≈101325Pa≈760mmHg流体静压力的测量液柱式——利用液柱高度来确定压强大小的仪器或装置。它的量程小，但精度高；直观、方便和经济。弹簧金属式——利用金属的弹性变形测压强的大小。其量程大，携带方便，装置简便，但精度稍差。电测式——将弹性元件的机械变形转化为电阻、电容、电感等电量。便于远距离及动态测量。液柱测压计图1.6水银测压计图1.7文丘里流量计比压计倾斜微压计金属压力表电测式压力计基本概念

压力流与无压流（有无自由表面）恒定流与非恒定流（有无随时间变化）流线与迹线（时间和空间参数各固定一个）均匀流与非均匀流（流线是否平行）元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速1.3流体运动的基本知识2恒定流的连续性方程式质量守恒定律

连续方程图1.14恒定总流段当流体不可压缩时3恒定总流能量方程式功能原理：作用于该元流流体上的各力所作的功，等于该元流段动能的增量。00伯努利方程式z1、z2——过流断面1-1、2-2上单位重量液体位能，也称位置水头；

——过流断面1-1、2-2上小位重量液体压能，也称压强水头；

——过流断面1-1、2-2上小位重量液体动能，也称速度水头；

——单位重量液体通过流段12的平均能量损失，也称水头损失。图1.15圆管中有压流动的总水头线与测压管水头线实际气体恒定总流的能量方程式由于气体容重很小，式中重力做功可以忽略不计。对一般通风管道中，过流断面上的流速分布比较均匀，动能修正系数可采用=1，1.4流动阻力和水头损失

流体的流动阻力

实际流动中，由于流体质点间存在内摩擦力，使得过流断面上各点的流动速度有所不同，流速低者与流速高者之间存在着相互的牵制作用，即流体的流动阻力。流动中的水头损失

为了克服流动阻力，流体在流动中必然消耗部分机械能量，即流体流动中的能量损失。单位重量流体的能量损失称为水头损失。1.流动阻力和水头损失的两种形式沿程损失与局部损失均匀流中，流体所受阻力称为沿程阻力。克服这种阻力所耗损的能量，称为沿程损失。对于单位重量流体，称为沿程水头损失(Frictionalheadloss)，记作hf。非均匀流中，流体所受阻力称为局部阻力。克服这种阻力所耗损的能量，称局部损失。对于单位重量流体，称为局部水头损失(Localheadloss)，记作hj。2流动的两种型态——层流和紊流图1.17管中液流的流动型态流态的判断——雷诺数Re对于圆管的有压管流：若＜2000时，流体为层流型态；若>2000时，流体为紊流型态。明渠流中的雷诺数

若<500时，明渠流为层流型态。若>500时，明渠流为紊流型态。在建筑设备工程中，绝大多数的流体运动都处于紊流型态。只有在流速很小，管径很小或粘滞性很大的流体运动时（如地下水渗流，油管等）才可能发生层流运动。3沿程水头损失(紊流)对液体流体：对气体流体：压头损失实际工程中4沿程阻力系数和流速系数的确定尼古拉兹实验曲线①1933年德国力学家与工程师尼古拉兹进行了管流沿程阻力系数和流速分布的实验测定。②沿程阻力系数的影响因素为

＝f(Re，K/d)③沿程阻力系数的测定尼古拉兹实验曲线分析层流区：Re<2300,λ=64/Re过渡区：2300<Re<4000,λ=f(Re,Δ/d)紊流区：Re>4000水力光滑区λ=f(Re)水力过渡区λ=f(Re,Δ/d)阻力平方区λ=f(Δ/d)5局部水头损失ξ——