建筑设备复习资料自考

1自考自考 02446 建筑设备资料建筑设备资料第一章 流体力学基本知识 2013 年 4 月 18 日第一节 流体的主要物理性质一、密度和容重密度：对于均质流体，单位体积的质量称为流体的密度。容重：对于均质流体，单位体积的 重量称为流体的容重。二、流体的黏滞性粘滞性：相邻流层 An、An+1 之间 u 不同，必然存在有相对运动，导致摩擦力的产生，流体内部之间的摩擦力称内摩擦力，称粘滞力。流体在粘滞力作用下，具有抵抗流体的相对运动的能力，称粘滞性。影响流体黏滞性的因素压力的变化对流体的动力粘度 的影响很小，温度对 的影响很显著：1温度升高，液体的粘度减小（因为 T 上升，液体的内聚力变小，分子间吸引力减小；）2温度升高，气体的粘度增大(气体的内聚力很小，它的粘滞性主要是分子间动量交换的结果。当 T 上升，作相对运动的相邻流层间的分子的动量交换加剧，使得气体的粘度增大。)三、流体的压缩性和热胀性压缩性：流体压强增大体积缩小的性质。不可压缩流体：压缩性可以忽略不计的流体。可压缩流体：压缩性不可以不计的流体。热胀性：流体温度升高体积膨胀的性质。液体的热胀性很小，在计算中可不考虑（热水循环系统除外） ；气体的热胀性不能忽略。建筑设备工程中的水、气流体，可以认为是易于流动、具有粘滞性、不可压缩的流体。第二节 流体静压强及其分布规律流体静止是运动中的一种特殊状态。由于流体静止时不显示其黏滞性，不存在切向应力，同时认为流体也不能承受拉力，不存在由于粘滞性所产生运动的力学性质。因此，流体静力学的中心问题是研究流体静压强的分布规律。一、流体静压强及其特性表面压强为： p=p/ (1-6) 点压强为：lim p=dp/d ( Pa) 点压强就是静压强 流体静压强的两个特征：（1）流体静压强的方向必定沿着作用面的内法线方向（2）任意点的流体静压强只有一个值，它不因作用面方位的改变而改变。二、流体静压强的分布规律在静止液体中任取一点 A 点在自由表面下的水深 h，自由表面压强为 p0。设 A 点的静水压强为 p,通过 A 点取底面积为 ，高为 h，上表面与自由面相重合的铅直小圆柱体，研究其轴向力的平衡：上表面压力 ，0p方向铅直向下（图中未绘出） ；柱体侧面积的静水压力，方向与轴向垂直（图中未绘出） ，在轴向投影为零。此铅直圆柱体处于静止状态，故其轴向力平衡为： 0php化简后得： p=p0 +h (1-8) 式中 p静止液体中任意点的压强，kN/m2 或 kPa；p0表面压强，kN/m2 或 kPa；液体的容重，kN/m3；2h所研究点在自由表面下的深度，m。上式是静水压强基本方程式，又称为静水力学基本方程式。式中 和 p0都是常数。方程表示静水压强与水深成正比的直线分布规律。方程式还表明，作用于液面上的表面压强 p0是等值地传递到静止液体中每一点上。方程也适用于静止气体压强的计算，只是式中的气体容重很小，因此，在高差 h 不大的情况下，可忽略项，则 p=p0。例如研究气体作用在锅炉壁上的静压强时，可以认为气体空间各点的静压强相等。等压面：流体中压强相等的各点所组成的面为等压面。压强的度量基准：（1）绝对压强：是以完全真空为零点计算的压强，用 PA 表示。（2）相对压强：是以大气压强为零点计算的压强，用 P 表示。相对压强与绝对压强的关系为：P=PA-Pa (1-9)第三节 流体运动的基本知识一、流体运动的基本概念（一）压力流与无压流1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体整个周围都和固体壁相接触，没有自由表面。2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体接触，形成自由表面。（三）流线与迹线1.流线：流体运动时，在流速场中画出某时刻的这样的一条空间曲线，它上面所有流体质点在该时刻的流速矢量都与这条曲线相切，这条曲线就称为该时刻的一条流线。2.迹线：流体运动时，流体中某一个质点在连续时间内的运动轨迹称为迹线。流线与迹线是两个完全不同的概念。非恒定流时流线与迹线不相重合，在恒定流时流线与迹线相重合。（二）恒定流与非恒定流1.恒定流：流体运动时，流体中任一位置的压强，流速等运动要素不随时间变化的流动称为恒定流动。2.非恒定流：流体运动时，流体中任一位置的运动要素如压强、流速等随时间变化而变动的流动称为非恒定流。自然界中都是非恒定流，工程中可以取为恒定流。 （四）均匀流与非均匀流1.均匀流：流体运动时，流线是平行直线的流动称为均匀流。如等截面长直管中的流动。2.非均匀流：流体运动时，流线不是平行直线的流动称为非均匀流。如流体在收缩管、扩大管或弯管中流动等。它又可分为：（1）渐变流：流体运动中流线接近于平行线的流动称为渐变流。（2）急变流：流体运动中流线不能视为平行直线的流动称为急变流。（五）元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速；1.元流：流体运动时，在流体中取一微小面积 d，并在 d 面积上各点引出流线并形成了一股流束称为元流。在元流内的流体不会流到元流外面；在元流外面的流体亦不会流进元流中去。由于 d 很小，可以认为 d 上各点的运动要素（压强与流速）相等。2.总流：流体运动时，无数元流的总和称为总流。3.过流断面：流体运动时，与元流或总流全部流线正交的横断面称为过流断面。用 d 或 表示，单位为 m2 或 cm2。均匀流的过流断面为平面，渐变流的过流断面可视为平面；非均匀流的过流断面为曲面。4.流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面流体体积称为体积流量，用符号 Q 表示，单位是 m3/s 或 L/s。5.断面平均流速：流体流动时，断面各点流速一般不易确定，当工程中又无必要确定时，可采用断面平均流速（v）简化流动。断面平均流速为断面上各点流速的平均值。二、恒定流的连续性方程3压缩流体容重不变，即体积流量相等。流进 A1 断面的流量等于流出 A2 断面的流量；三、恒定总流能量方程（一）恒定总流实际液体的能量方程212211 hgvapzgvapz(1-13)Z1、Z2 断面中心对基准面的位置高程，位置水头；即：单位重量液体具有的位能；p1/r、 p2/r测压管高度，压强水头；即：单位重量液体具有的压能；、 流速水头；即：单位重量液体具有的动能；gva212hw1-2 是流体流动过程中从断面 1-1 到 2-2 之间阻力所作的负功；单位重量液体产生的能量损失，称为水头损失；三者之和为断面的单位重量液体具有的机械能。（二）实际气体恒定总流的能量方程对于不可压缩气体，液体能量方程同样适用，由于气体密度很小，式中重力做功可忽略不计。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 a=1，这样，实际气体总流的能量方程式为 2121hgvp或者写为 21221vp实际气体总流的能量方程与液体总流的能量方程比较，除各项单位以压强来表达气体单位体积平均能量外，对应项意义基本相近第四节 流动阻力和水头损失一、流动阻力和水头损失的两种形式（一）沿程阻力和沿程水头损失流体在长直管（或明渠）中流动，所受的摩擦阻力称为沿程阻力。为了克服沿程阻力而消耗的单位重量流体的机械能量，称为沿程水头损失 hf。（二）局部阻力和局部水头损失流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧烈地碰撞，所形成的阻力称局部阻力。为了克服局部阻力而消耗的重力密度流体的机械能量称为局部水头损失 hj。二、流动的两种形态层流和紊流流体在流动过程中，呈现出两种不同的流动形态。当液体流速较低时，呈现为成层成束的流动，各流层见并无质点的掺混现象，这种流态就是层流。加大流速到一定程度，质点或液团相互混掺，流速愈大，混掺程度愈烈，这种流态就成为紊流。判断流动形态，雷诺氏用无因次量纲雷诺数 Re 来判别。(1-17)vdRe式中 Re雷诺数；v圆管中流体的平均流速，m/s，cm/s；d圆管的管径，m，cm；v流体的运动粘滞系数，其值可由表查得，m2/s。对于圆管的有压管流：若 Re2000 时，流体为紊流型态。对于明渠流，通常以水力半径 R 代替公式中的 d，于是明渠中的雷诺数为：(1-18) vRe因为水力半径，其中 是过流断面积，x 是湿周，为流动的流体同固体边壁在过流断面上接触的周边长度。若 Re500 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4能发生层流运动。三、沿程水头损失对于紊流，目前采用理论和实验相结合的方法，建立半经验公式来计算沿程水头损失，公式普遍为： （式中： ：沿程水头损gvdLhf2fh失，m； ：沿程阻力系数； ：管径，m； ：管长，m； ：管中平v均流速，m/s）对于气体管道，可将上式写成压头损失的形式，即：（式中： ：压头损失， ）gvdLpf2fp2N对于非圆断面渠道，d=4R，所以 gvRLhf4在实际工作中，有时是已知沿程水头损失和水力梯度，求解流速的大小，为此，将上式整理得： 称为均匀流流速公iCiv8式或谢才公式。式中 称为流速系数或谢才系数。该公式在明渠中应用很广。四、沿程阻力系数 和流速系数 C 的确定沿程阻力系数 是反映边界粗糙情况和流态对水头损失影响的一个系数。1933 年尼古拉兹表发表了其反映圆管流运情况的实验结果，得出了一些结论：1.层流区2.层流转变为紊流的过渡区3.紊流区（一）沿程阻力系数 的经验公式 1.水力光滑区2.水力过渡区3.粗糙管区当 Re 很大时，给排水工程的钢管与铸铁管的经验公式：当 时， 当 v1.2 时，smv2.13.021dsm8.0)67.(9vd（二）流速系数 C 经验公式（1）曼宁公式（2）海澄-威廉公式五、局部水头损失在实际水力计算中，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（1-35）gvhj2式中 局部阻力系数。 值多是根据管配件、附件不同，由实验测出。v过流断面的平均流速；它应与 值相对应。除注明外，一般用阻力后的流速；g重力加速度。第五节 孔口、管嘴出流及两相流体简介一、孔口出流（一）薄壁圆形小孔口的液体自由出流（二）淹没出流二、管嘴出流三、牛顿型、非牛顿型流体和气-液、气-固两相流动第二章 室外给水排水工程概述第一节 室外给水工程概述以地面水为水源的给水系统一般包括：取水工程、净水工程、输配水工程以及泵站等；以地下水为水源的给水系统一般包括：取水构筑物（如井群、渗渠等） 、净水工程（主要设施有清水池及消毒设备） 、输配水工程。一、水源及取水工程5给水水源可分为两大类：（1）地表水：江水、河水、湖水、水库水及海水等；（2）地下水：井水、泉水、喀斯特溶洞水等地下水的物理、化学及细菌性质等均比地表水好，地下水作水源具有经济、安全及便利维护管理等优点。因此，应首先考虑符合卫生要求的地下水作为饮用水水源。取水工程要解决的是从天然水源中取（集）水的方法以及取水构筑物的构造形式等问题。水源的种类决定着取水构筑物的构造形式及净水工程的组成。地下水取水构筑物的形式与地下水埋深、含水层厚度等水文地质条件有关。管井用于取水量大，含水层厚大于 5m 而底板埋藏深度大于 15m 的情况；大口井用于含水层厚度在 5m 左右，其底板埋深小于 15m 的情况；渗渠用于含水层厚度小于 5m 底板的情况。泉室适用于有泉水露就其露层厚度小于 5m 的情况。地表水取水构筑的形式很多，常见的有河床固定式、岸边缆车、浮船活动式取水构筑物以及在山区仅有溪小河的地方取水，常用低坝、底栏栅等取水构筑物。二、水处理水处理的任务是解决水的净化问题。水处理方法和净化程度根据水源的水质和用户对水质的要求而定。工业用水的水质标准和生活饮用水不完全相同。工业用水应按照生产工艺对水质的具体要求来确定相应的水质标准及净化工艺。城市自来水厂只满足生活饮用水的水质标准。对水质有特殊要求的工业企业，应单独建造生产给水系统。地表水的水处理工艺流程应根据水质和用户对水质的要求确定。一般以供给饮用水为目的的工艺流程，主要包括沉淀、过滤、消毒三个部分。三、输配水工程输配水工程是解决如何把净化后的水输送到用水地区并分配到各用水点。输配水工程通常包括输水管道、配水管网、加压泵站、调节构筑物等。四、泵站泵站是把整个给水系统连为一体的枢纽，是保证给水系统正常运行的关键。主要设备有水泵及其引水装置，配套电机及配电设备和起重设备等。在给水系统中，通常把水源地取水泵站称为一级泵站，而把连接清水池和输配水系统的送水泵站称为二级泵站。一级泵站的任务：把水源的水抽升上来，送至净化构筑物。二级泵站的任务：由清水池抽吸并送入配水管网供给用户第二节 室外排水工程概述生活污水：日常生活使用过的水；工业废水：工业生产使用过的水，其中，污染较轻的叫生产废水，污染较重的角生产污水。室外排水工程的内容：收集各种污水并及时输送到适当地点；设置处理厂（站）进行必要的处理。排水系统：为系统地排除污水而建设的一整套工程设施成为排水系统。由排水管网和污水处理系统组成。排水系统的制度，分为合流制和分流制两种类型。合流制：将生活污水、工业废水、雨水排泄到同一个管渠内排除的系统；分流制：将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。第三节 城镇给水排水工程规划概要一、城镇给水工程规划概要目的：保证所规划的城镇有良好的供水条件。主要任务：确定用水量定额；估算城市总用水量；确定给水水源；确定供水方案；选定水厂位置及净水工艺；确定官网布置形式；确定水源卫生防护的技术措施等。其中，水源的选择是首要任务。城镇总用水量包括:生活用水、工业用水和消防用水三大部分。6选择水源时，应根据城镇的规划要求，水文地质资料和取水点及其附近地区的卫生状况和地方病等因素来选定在水质、水量及卫生防护方面较理想的水源取水点一般一个设于城镇水系的上游。各水源的选择次序一般按经济技术条件决定。如果水源地水量均能保持相同水平时，则先后次序可以是：地下水，流量未经调节的河水、湖水，流量经过调节的河水。二、排水工程规划概要排水工程规划的目的：要保证所规划城镇具有良好的排水条件，务必使所规划的城镇排水系统方案切实可行并能同时满足社会效益、经济效益、环境效益等方面的要求。排水工程规划的主要任务：确定排水量定额和估算总排水量；确定排水制度、排水系统方案、设计规模及设计期限；确定污水和污泥的出路及其处理方法等。城市排水系统的组成：排水管网、污水泵站、 污水处理厂、排放口 第三章 管道材料、器材及卫生器具第一节 管道材料和水表一、管道材料及连接配件（一）钢管特点强度高，承压大，接头方便，水力条件好，抗震好，造价高，易腐蚀。 焊接钢管：工作压力小于 1Mpa 时采用；加厚钢管：工作压力小于 1.6Mpa 时采用；无缝钢管：压力较大时采用；镀锌钢管：防秀、防腐，延长使用寿命。钢管连接方法：螺纹连接（丝扣连接） ，焊接连接和法兰连接。（2）铸铁管：造价低，防腐性能好，耐久性好。但性脆、重量大、长度小。给水铸铁管常用承接和法兰连接，配件也相应带承接口或法兰盘。排水铸铁管采用承接，承插口直管有单承口及双承口两种。（3）不增塑聚氯乙烯管材：安装方便、无毒、无臭、体轻耐腐蚀。可采用承插、螺纹、法兰或粘接等方法连接。二、给水系统的附件给水系统的附件分为配水附件、控制附件两大类。配水附件：装在卫生器具及用水点的各式水龙头，用以调节和分配水流。控制附件：用来调节水量、水压、关断水流、改变水流方向，如截止阀、止回阀、浮球阀等。三、水表流速式水表的种类：（一）按翼轮构造分 （1）旋翼式：翼轮转轴与水流方向垂直，阻力较大，宜用于小流量测试；（2）螺翼式：翼轮转轴与水流方向平行，阻力较小，宜用于大流量测试。（二）按计数机件所处状态分（1）干式：计数机件用金属圆盘与水隔开；（2）湿式：计数机件浸在水中，在计数度盘上装一块厚玻璃（或钢化玻璃）用以承受水压。选择水表是按通过水表的设计流量（不包括消防流量） ，以不超过水表的公称流量确定水表直径，并以平均小时流量的 6%8%校核水表灵敏度。住宅建筑中的分户水表应集中布置在户外的水表井内；布置在室内卫生间或厨房时宜采用卡式预付费水表、远传仪式水表。7水表的布置方式：（1）户内厨房或卫生间（2）楼梯间水表井（3）户内远传仪方式（4）地下室集中布置第二节 卫生器具及冲洗设备一、卫生器具：是用来收集、排除污水并满足卫生要求的设备。常见的种类：便溺用卫生器具：各类大、小便器；盥洗、沐浴用卫生器具：浴盆、洗脸盆、沐浴器等；洗涤用卫生器具：洗涤盆、污水盆等；专用卫生器具：医疗、实验等特殊要求的卫生器具。卫生器具的基本要求：功能完善、外型美观、易于清洗、不透水、耐腐蚀、使用舒适、节约水量、具有一定强度。卫生器具的材料：陶瓷、搪瓷、生铁、塑料等。二. 冲洗设备：（1）冲洗水箱低水箱高水箱（2）冲洗阀自闭式冲洗阀三. 排水附件：地漏和存水弯1 .地漏功能：用以排除地面积水；设置：厕所、浴室、盥洗间、卫生间、设备间及其它需要从地面排水的房间内。材料：铸铁、塑料；构造：带水封（水封高度不小于 50mm)、不带水封布置要求：在不透水地面最低处；地漏篦子顶面比地面低 5-10mm;周围地面以 0.01 坡度坡向地漏。地漏的选用：（1）带水封地漏：与有污染气体的排水系统连接时；（2）不带水封地漏：与洁净排水系统连接；（3）手术室等非经常性地面排水场所，用密闭地漏；（4）公共食堂、厨房和公共浴室等排水中有大块杂物时应采用网筐式地漏。二. 存水弯设置：卫生器具排水支管处；水封高度不小于 50mm.常见形式：P 型、S 型第四章 建筑给水第一节 给水系统和给水方式一、建筑给水系统及其分类（一）建筑给水系统分类生活给水系统（饮用水、杂用水给水系统等）生产给水系统消防给水系统（消火栓、自动喷水灭火系统等）根据实际条件，可组成不同的联合给水系统：8生活-消防生产-消防 生产-生活 生活-生产-消防（二）给水系统的组成1、引入管（进户管）：自室外给水管接至室内给水管网的管段。2、水表节点：安装在引入管上的水表、水表前后设置的阀门、放水口等装置的总称。3、室内给水管网：水平干管、立管、支管。4、给水附件：管路上的各种配水龙头、阀门。 5、升压贮水设备：水泵、水箱、水池、气压装置等。6、消防设备：消火栓、喷淋系统等。二、建筑给水管网所需的压力建筑给水管网中的压力是保证将所需的水量供到各配水点，并保证最高最远的配水龙头（即最不利配水点）具有一定的流出水头。可由下式确定（4-1）4321HHSU式中 HSU室内给水管网所需的压力，KPa（mH2O）；H1室内给水引入管起点至最高最远配水点的几何高度，m；H2计算管路的沿程水头损失与局部水头损失之和，KPa（mH2O） ；H3水流经水表时的水头损失，KPa（mH2O） ；H4计算管路最高最远配水点所需之流出水头，三、给水方式1、直接给水方式： 室外给水管网 Q、H在任何时间内均满足建筑内部的要求。2、单设水箱给水方式：室外给水管网供水压力 H周期性 （或大部分时间）满足 H，只在用水高峰时不满足；建筑供水系统要求稳压供水。3、单设水泵给水方式：H大部分时间不满足 H 情况下采用之。（1）恒速泵：用水量大且用水均匀时采用；（2）变速泵：用水量不均匀时采用。（3）水泵直接从室外管网吸水；（4）水泵从贮水池吸水。4、水箱与水泵给水方式：H大部分时间不满足 H，且用水量又不均匀时采用。通常采用恒速泵即可；水泵的运行由水箱水位控制。5.分区给水方式多层和高层建筑中，H0 只能满足下层给水要求，上层不能满足，为了充分利用 H0，上区由水箱和水泵、或水泵供水；下区用简单供水。两区之间由个别立管连接，分区处设闸门，但消防系统要上下区联合考虑和布置。6. 气压给水方式用于不宜建造高位水箱的场所。7.分质给水方式建筑物内要求水质不同时可采用：9饮用水杂用水消火栓用水生产用水自动喷水灭火系统用水四、消防给水（一）消防系统的设置低层建筑物及厂房内，消防给水可以与生活、生产给水共同组成一个系统。高层建筑一般设置独立的消防给水系统。消防系统设置场所是根据建筑设计防火规范 、 高层民用建筑设计防火规范等要求设计。（二）室内消火栓给水系统由水枪、水带、消火栓、管网、水源等组成，当室外管网压力不足时需设置消防水泵。水枪：是产生充实水柱（具有一定压力）的灭火工具， 喷口直径有13、16、19mm 三种规格。消火栓：是具有内扣式接口的球形阀配水龙头，一端与消防立管相连，另一端与水带连接，直径为 50、60mm室内消火栓的配置，应保证所规定的水柱股数同时达到室内任何地点。当要求有一股水柱到达室内任何角落且消火栓双排布置时，其布置间距可按下式计算： （4-2 ）RS4.12R=0.9L+Skcos45 （4-3）S消火栓布置间距，m；R消火栓作用半径，m；L水带长度。0.9 是考虑到水带转弯曲折的折减系数；Sk充实水柱长度，m。（三）自动喷水灭火系统有湿式、干式、预作用式、水幕系统、水喷雾系统等多种形式，最常用的是湿式自动喷水灭火系统和水幕系统。五、几种采用两相流体作为灭火剂的消防设备简介泡沫灭火系统CO2 灭火系统喷雾灭火系统蒸汽灭火系统干粉灭火系统第二节 水泵和贮水设备一、离心式水泵（简称离心泵）在离心泵中，水靠离心力由径向甩出，从而得到很高的压力，将水输送到需要的地方。离心泵的工作方式有“吸入式”和“灌入式” 。离心泵的基本工作参数主要有：流量、总扬程、轴功率。选择离心泵时，必须根据给水系统最大小时的设计流量 q 和相当于该设计流量时系统所需的压力 HS.U，按水泵