建筑设备 第一章 流体力学基本知识

第一章流体力学基本知识物质的三种形态：固体、液体和气体流体力学-----研究流体平衡和运动的力学规律及其应用的科学。第一节流体的主要物理性质一.流体的密度和容重1.密度：对于均质流体，单位体积的质量。 kg/m32.容重：对于均质流体，单位体积的重量。N/m3

4.密度和容重与压力、温度的关系压力升高流体的密度和容重增加；温度升高流体的密度和容重减小。

1.流体粘滞性的概念

流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（粘滞力）以反抗流体相对运动的性质。动力粘滞系数μkg/m·s运动粘滞系数νm2/s

液体粘滞系数的测定

3.粘滞性与温度、压力的关系粘滞性受温度影响大，受压力影响小。

液体的粘滞性随温度的升高而降低。

气体的粘滞性随温度的升高而增加。原因分析：粘滞性是流体分子间的吸引力和分子不规则的热运动产生动量交换的结果。液体，分子间的吸引力是决定性因素；气体，分子间的热运动是决定性因素。流体受压，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性。流体受热，体积膨胀，密度减小的性质，称为流体的热胀性。

理想气体状态方程：

第二节流体静压强及其分布规律ⅠⅡ

(N/m2)p称为a点的静压强

从压强的定义出发:力/面积国际单位:N/m2(以符号Pa表示)工程单位:kgf/m2或kgf/cm2用大气压的倍数表示:国际单位:标准大气压1标准大气压=101325Pa=1.01325bar(巴)工程单位:工程大气压(at)

1工程大气压(at)=1kgf/cm2

用液柱高度表示:mH2OmmH2OmmHg1标准大气压2O=10332.3mmH2O=760mmHg=101325Pa1工程大气压=10mH2O=10000mmH2O=735.6mmHg=98070Pa

(1)流体静压强p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，它不因作用面的方位改变而改变。

-------又称静水力学基本方程式

水池（坝）壁相对压强分布图

ppa00绝对压强ABA点绝对压强pAA点相对压强p大气压强(98kN/m2)B点绝对压强pBB点真空度pk

(1)液柱测压计(测压管)(2)金属压力表、真空表压力变送器

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，流体整个周围和固体壁相接触，没有自由表面，如供热管道。供热管道

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，部分周界与气体相接触，形成自由表面，如天然河流等。天然河流

（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。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、流速等随时间变化的流动。

注意：自然界中都是非恒定流，工程中取为恒定流。（三）流线与迹线1.流线：同一时刻连续流体质点的流动方向线。2.迹线：同一质点在连续时间内的流动轨迹线。

（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。2.非均匀流：流体运动时，流线不是平行直线的流动。（1）渐变流：流体运动中流线接近于平行线的流动。（2）急变流：流体运动中流线不能视为平行线的流动。

（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dw，并在dw面积上各点引出流线并形成的一股流束。2.总流：流体运动时，无数总流的总和。

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。以dw或w示之，单位：m2或cm2。注意：均匀流的过流断面为平面；非均匀流的过流断面一般为曲面，其中渐变流的过流断面可视为平面。

4.流量**（1）体积流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积。以Q表示，单位：m3/s，L/s。（2）重量流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体流量。以Q表示，单位：N/s。（3）质量流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体质量。以Q表示，单位：kg/s。

断面上各点流速的平均值，以v表示。

uv

二、恒定流的连续性方程式1122

三、恒定总流能量方程式1122Z1Z2v1v2p2hw1-2------实际液体恒定总流能量方程式（伯努里方程式）p1

上式中：

1-1，2-2过流断面单位重量液体位能，也称位置水头

1-1，2-2过流断面单位重量液体压能，也称压强水头

1-1，2-2过流断面单位重量液体动能，也称速度水头单位重量液体通过流段1-2的平均能量损失，也称水头损失

对于不可压缩气体，液体能量方程式同样可以适用，并可简化为：--------实际气体总流的能量方程式

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）沿程流动阻力和沿程水头损失沿程阻力----流体在长管中流动，所受的摩擦阻力。沿程水头损失----为了克服沿程阻力而消耗的单位重量流体的机械能量，以hf表示。

（二）局部阻力和局部水头损失局部阻力------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。局部水头损失------为了克服局部阻力而消耗的单位重量流体的机械能量，以hj表示。整个管道的总水头损失为：

二、流动的两种型态------层流和紊流

1.层流：流体成层成束地流动，各流层间并无质点的掺混现象。2.紊流：流体的流速较大，质点或液团相互掺混的流体型态。(以圆管有压流为例）雷诺数-------层流雷诺数-------紊流注意：建筑设备工程中，绝大多数的流体运动都处于紊流型态。

三、沿程水头损失采用半经验公式：为沿程阻力系数，它是反映边界粗糙情况和流态对水头损失影