建筑设备ppt-01-流体力学11

第一章流体力学(liútǐlìxué)精品资料1.1流体力学(liútǐlìxué)基本知识本章了解和掌握的内容的内容：流体的主要物理性质惯性、重力特性、粘滞性、压缩性和膨胀性流体静压强及其分布规律流体运动(yùndòng)的基本知识流动阻力和水头损失精品资料研究(yánjiū)对象流体(liútǐ)气体液体流体的主要物理性质基本特征：具有流动性精品资料流动性使流体具有的特点：流体没有固定的形状，其形状由约束它的边界形状决定。流体的运动与它的物理学力学性质有密切关系。即流体运动时其内部各质点之间有复杂的相对运动，流体的运动和变形联系(liánxì)在一起。精品资料 在供热通风与空调、燃气工程和给水排水工程中,用于热的供应、空气的调节、通风、除尘降温、排除热湿气体及有害气体、燃气的供应与输配以及给水供应和污水排出等,都是以流体作为工作介质,通过流体的各种物理作用,分别对气体或液体的流动进行有效的组织与控制来实现的。因此,流体力学是研究流体宏观机械运动规律,并运用这些规律解决实际(shíjì)工程问题的一门学科。精品资料流体运动规律研究(yánjiū)的两个分支：液体：水力学和流体力学气体：气体动力学和空气动力学精品资料液体和气体的区别：气体易于压缩；而液体难于压缩；液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状(xíngzhuàn)的容器，无一定的体积，不存在自由液面。

液体和气体的共同点：

两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。精品资料 在工程实践中用流体力学解决的问题,一般都具有较大的几何尺寸,因此,流体力学不去研究微观的分子运动,而只研究流体表现出来的统计平均力学性质,即研究流体的宏观机械运动,把流体看成是由无数流体微团(或称质点)充满的、内部无空隙的连续体(或称为连续介质)。引入连续介质这个假设就可以(kěyǐ)不考虑复杂的分子运动,而只考虑流体在外力作用下的机械运动。同时还可进一步认为:表征流体运动和性质的各物理量在空间是连续分布的,从而把连续函数的概念引入到流体力学中来。这样,就可以(kěyǐ)利用数学分析这一有力的工具来研究流体的运动规律。精品资料 流体力学虽然主要研究流体的机械运动,但自然界的一切事物都是相互(xiānghù)联系的,单纯的机械运动是不存在的,尤其是气体的机械运动,总是和热运动分不开的,流体力学只不过是着重从机械运动的角度来研究而已。精品资料 流体力学的应用:重工业:冶金、电力、采掘等工业轻工业:化工、纺织、造纸(zàozhǐ)等工业交通运输业:飞机、船舶设计以及农田灌溉、水利建设、河道整治等工程土建工程和环境工程:给水排水、供热通风、燃气供应等工程,城市地下工程:地下空间的通风、防火排烟煤炭工业:矿井通风、排水等精品资料流体的主要(zhǔyào)物理性质流体的主要物理性质惯性和重力特性粘滞性膨胀性与压缩性压强增大体积(tǐjī)缩小温度升高体积膨胀建筑环境与设备工程中的水、气流体一般认为是一种易于流动的、具有粘滞性的不可压缩的流体密度容重精品资料流体的密度(mìdù)和容重随外界压力和温度而变化。水在标准大气压下和4摄氏度时,其ρ=1000kg/m3、γ=9.807kN/m3。水银在标准大气压和0摄氏度时,密度(mìdù)和容重是水的13.6倍。干空气在温度为20摄氏度、压强为01324.72Pa时密度(mìdù)和容重分别为1.2kg/m3和11.80N/m3。精品资料流体(liútǐ)的粘滞性du/dy－流速(liúsù)梯度，沿垂直流速(liúsù)方向单位长度的流速(liúsù)增值流体内部质点间或流层间因相对运动而产生的内摩力用以反抗相对运动的性质精品资料牛顿在1687年总结实验的基础上,首先提出了流体内摩擦力的假说——牛顿内摩擦定律(dìnglǜ)。将切应力表示为：精品资料粘度的影响(yǐngxiǎng)因素流体粘度µ（动力粘滞性系数）的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。

1）流体种类。一般地，相同条件(tiáojiàn)下，液体的粘度大于气体的粘度。

2）压强。对常见的流体，如水、气体等，µ值随压强的变化不大，一般可忽略不计。

3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。

精品资料温度对流体粘度的具体影响a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以µ值减小。

b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快(jiākuài)，动量交换频繁，所以µ值增加。精品资料膨胀性与压缩性膨胀性：流体温度改变时，其体积变化或密度变化的性质压缩性：作用(zuòyòng)在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化的性质精品资料膨胀性与压缩性结论：1、液体压缩性和膨胀性很小，引起工程误差很小，可忽略。2、气体有显著的压缩性和膨胀性，t与P的变化对v影响很大 速度较低的气体——不可(bùkě)压缩气体 速度较高的气体——可压缩气体3、当气体的温度不过低、压强不过高时，T、P、v三者关系服从理想气体状态方程精品资料

一般将建筑环境与设备工程系统中流速较低、密度变化很小的水和气体，认为是一种易于流动(liúdòng)、具有粘滞性和不可压缩的流体。精品资料连续介质 连续介质是流体力学或固体力学研究的基本假设之一。它认为流体或固体质点在空间是连续而无空隙地分布的，且质点具有宏观物理量如质量、速度、压强、温度等，都是空间和时间的连续函数，满足(mǎnzú)一定的物理定律（如质量守恒定律、牛顿运动定律、能量守恒定律、热力学定律等）。精品资料表面张力(biǎomiànzhānglì)表面张力：由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上能够承受极其微小的张力。表面张力是液体的特有性质表面张力系数σ，单位N/m表面张力发生在：液体与气体接触的周界面；液体与固体接触的周界面；液体与液体接触的周界面表面张力的影响(yǐngxiǎng)在一般是工程中被忽略，但在水滴和气泡的形成、液体雾化、气液两相流的传热介质的研究中不能被忽略精品资料表面张力(biǎomiànzhānglì) 由于表面张力的作用,如果把两端开口的玻璃细管(xìɡuǎn)竖立在液体中,液体就会在细管(xìɡuǎn)中上升和下降当管径很小时,h可以很大。因此,用来测定压强的玻璃细管直径不能太大,否则就会产生很大的误差。如果把玻璃细管竖立在水中当水温为20度时,则水在管中的上升高度为如果把玻璃细管竖立在水银中,当水银温度为20度时,则水银在管中的下降高度为精品资料1.1.3流体(liútǐ)静力学目的：学习(xuéxí)和讨论流体静止状态下的力学规律及其应用流体静止时的特点：不显示其粘滞性，不存在切相应力流体静止是运动中的一种特殊状态流体静力学研究的中心问题：流体静压强的分布规律精品资料流体(liútǐ)静压强一、流体静压强及其特性(1)静水压力(yālì)与静水压强静止液体作用在与之接触的表面上的水压力(yālì)称为静水压力(yālì)P.在静水中表面积为△A的水体，微小面积△A所受作用力△P，该微小面积上的平均压强为当△A无限缩小至趋于点K时，K点的静水压强

静水压强的因次：力/面积。单位：Pa、N/m2、bar、kgf/m2等105Pa=1bar

返回首页精品资料流体静压强特性流体静压强的方向与受压面垂直并指向受压面。因为静止流体不能承受拉应力和不存在切应力,所以,只能存在垂直于表面内法线(fǎxiàn)方向的压应力——压强。任意点的流体静压强的大小与受压面的方向无关，只与该点的位置有关。即同一点的各向静压强大小相等。精品资料（1）分析静止液体中压强分布作用与轴向的外力有：上表面(biǎomiàn)压力下底面的静水压力柱体重力静止液体中压强分布柱体侧面积的静水压力其方向与轴向垂直，在轴向投影为零

返回(fǎnhuí)首页二、流体静压强的分布规律精品资料

第二节流体(liútǐ)静力学特点(tèdiǎn)

方程表示静水压强与水深成正比的直线分布规律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；对于气体,由于γ很小,当γh不大时,可忽略h

项,则p＝p0静水压强基本方程式：铅直小圆柱体处于静止状态，其轴向力平衡

流体静压强规律适用于静止、同种、连续液体精品资料几个概念等压面：流体中压强(yāqiáng)相等的各点组成的面绝对压强(yāqiáng)pA：是以完全真空为零点计算的压强(yāqiáng)相对压强(yāqiáng)p：是以大气压强(yāqiáng)为零点计算的压强(yāqiáng)真空压强(yāqiáng)/真空度pk：某点的绝对压强(yāqiáng)低于大气压强(yāqiáng)的部分工程中通常采用相对压强(yāqiáng)精品资料 相对压强与绝对压强的关系为：p=pA-pa 某一点的绝对压强与大气压强比较,可以大于大气压强pa,也可以小于大气压强pa,因此(yīncǐ)相对压强可以是正值也可以是负值。相对压强为正值称为正压(即压力表读数);负值称负压,这时流体处于真空状态,通常用真空度(或真空压强)来度量流体的真空程度。所谓真空度,是指某点的绝对压强低于大气压强的部分,用pk表示,即pk=pa-pA=-p 某点的真空度愈大,说明它的绝对压强愈小。真空度的最大值为pk=pa=98kN/m2,即绝对压强为零,处于完全真空状态;真空度的最小值为零时,即pk=0,表明在一个大气压强下。 真空度在pk=0~98kN/m2的范围内变化。精品资料压强的三种度量单位：用压强的定义表示(biǎoshì)用大气压的倍数表示(biǎoshì)用液柱高度表示(biǎoshì)标准大气压符号(fúhào)atm，工程大气压at标准大气压：1atm=101.325kPa工程大气压：1at=1kgf/cm2精品资料1.1.4流体(liútǐ)运动的基本知识流体(liútǐ)运动的基本概念压力流

无压流

恒定流非恒定流精品资料压力流：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。最常见的压力流是满管流，如供热工程中管道输送蒸汽、热水，空调管道中流动的气体，给水管道中输送的液体。无压流：流体在重力(zhònglì)作用下流动时，液体的部分周界和固体壁相接触，部分周界和气体相接触。如天然河、明渠流、管道排污水、管道排雨水和管道排空调的凝结水。精品资料恒定流：在流场中任何空间点上的所有运动(yùndòng)参数都不随时间而变化的流动.非恒定流：在流场中任何空间点上的运动(yùndòng)参数随时间而变化的流动精品资料流体(liútǐ)运动的基本概念流线流线：同一时刻连续流体(liútǐ)质点的流动方向线，是一条空间曲线，在该曲线上所有各点的速度向量都与该曲线相切.迹线：流体(liútǐ)质点运动时所走过的轨迹线

恒定流时,流线的形状和位置不随时间而改变,且流体质点运动的流线与迹线相重合;但在非恒定流时,流线与迹线一般是不相重合的。流线不能相交。精品资料均匀(jūnyún)流非均匀(jūnyún)流均匀流和非均匀流均匀流:质点的流速的大小和方向均不变的流动。非均匀流：渐变流和急变流流体运动的基本概念精品资料流体(liútǐ)运动的基本概念元流总流过流断面(duànmiàn)元流：水流中取一微小面积dA，在dA上各点引出流线所形成微小流束。总流：流体运动时，无数元流的总和过流断面：与元流或总流的流线成正交的横断面精品资料流体(liútǐ)运动的基本概念流量：单位时间内通过某一过流断面的流体数量(shùliàng)单位时间内通过过流断面dA的液体体积为dQ=udA体积流量质量流量重量流量断面平均流速：断面上各点流速的平均值。过流断面面积乗断面平均流速得到的流量，等于实际流速通过该断面的流量。断面平均流速计算公式：精品资料二、恒定(héngdìng)流的连续性方程式恒定(héngdìng)流的连续性方程式实质：质量守恒。不可压缩的总流体积流量的连续性方程式或可压缩的总流体积流量的连续性方程式或精品资料任意(rènyì)断面：实际(shíjì)流体恒定总流能量方程：三、恒定流元流的能量方程式不可压缩、无粘性、恒定流理想流体恒定总流能量方程：精品资料几个概念（参考图1-14）位置水头压强水头流速水头水头损失(sǔnshī)总水头线总水头坡度/水力坡度测压管水头线精品资料精品资料精品资料1.1.5流动阻力和水头(shuǐtóu)损失 总水头线是沿着流体(liútǐ)流动方向逐渐下降的。流体(liútǐ)流动存在能量损失,称之为水头损失或流动阻力。精品资料流动阻力的两种形式：、沿程阻力：在长直管路(或明渠)中流动的流体所受到的摩擦阻力。局部阻力：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的碰撞,所形成的阻力。对应的能量损失沿程（水头）损失：为了克服沿程阻力而消耗的单位(dānwèi)重量流体的机械能量。局部（水头）损失：为了克服局部阻力消耗的单位(dānwèi)重量流体的机械能量。精品资料能量损失(sǔnshī)的计算沿程损失(sǔnshī)沿管长均匀(jūnyún)发生局部损失局部障碍引起的整个管路的能量损失等于：各管段的沿程损失和局部损失之和精品资料流体流动(liúdòng)的两种形态——层流和紊流精品资料 对于流动形态的判断,雷诺用无因次量纲分析方法(fāngfǎ)得到无因次量——雷诺数Re来判别。 若Re<2300时,流动为层流(cénɡliú)形态;若Re>2300时,流动为紊流形态。对于圆管的有压管流:精品资料对于(duìyú)非圆管流:若Re<500时,非圆管流为层流形态；若Re>500时,非圆管流为紊流形态。在建筑设备工程中,绝大多数的流体运动(yùndòng)都处于紊流形态。只有在流速很小、管径很大或粘性很大的流体运动(yùndòn