建筑设备-第一章基本知识

流
计 算 基 准 基 本 方 程 式 计 量 单 位 流 体 静 压 强 的 两 个 特 性
体 静 压 强 及 其 分 布 规 律 第 二 节
第二节
流体静压强及其分布规律
概念：在一容器的静止水中， 概念 取出小水体J作为隔离体来进行 研究，如图所示。为保持其静 止(平衡)状态，周围水体对隔离 体有压力作用，设作用于隔离 体表面某一微小面积w上的总 压力是P，则w面积上的平均 p 压强为： p = ω 当所取的面积无限缩小为一点a 时，即w→0，则平均压强的 极限值p称为a点的静压强。
体积流量，重量流量， 体积流量，重量流量，质量流量
dQ = ud
Q = ∫ dQ = ∫ ud
过水断面上各点流速的平均值，称为断面平均流速。 m /s 过水断面上各点流速的平均值，称为断面平均流速。 断面平均流速
∫ ud v=
=
Q
二、恒定总流连续性方程
ω2
Baidu Nhomakorabeav2
v1
ω1 Q!=Q2
例1-3：水流从DN200管道接入DN100 的管道流动，流速变化如何?
求：1、满水时池水对底扳的作用力。 、满水时池水对底扳的作用力。
2、空池时，水池所受的浮力是多少？ 、空池时，水池所受的浮力是多少？ 解：分析受力情况 1、池水对底板压力： 1、池水对底板压力：P=pA=rhA=9.8kN/m33m100m2 =2940ｋN ｋ 2、空池时浮力 、 P=rV=9.8KN/m3×2.5m×100m2=2450ｋN × ｋ 讨论题： 、池壁所受静水压力大小， 讨论题：1、池壁所受静水压力大小，方向和合力作用点 2、水池抗浮措施 、
第三节 流体运动的基本知识
一、流体运动的基本概念
1、压力流与重力流 、
没有自由表面的流体流动称为压力流或 没有自由表面的流体流动称为压力流或管流 自由表面的流体流动称为压力流 具有自由表面的液流称为无压流或 具有自由表面的液流称为无压流或明渠流 无压流
2、恒定流和非恒定流 、
所有运动要素不随时间而变化的流动称为恒定流 所有运动要素不随时间而变化的流动称为恒定流 运动要素随时间而变化的流动称为非恒定流 运动要素随时间而变化的流动称为非恒定流
1. 2. 3. 4.
掌握好书本知识－－听课、 掌握好书本知识－－听课、习题 －－听课 观察、 观察、考察周围的建筑设备 了解相关的国家规定和技术规程 适当阅读参考书， 适当阅读参考书，更新知识
第一章 流体力学基础知识
流体的主要物理性质 流体静力学：静压强 流体动力学：水头损失
第一节 流体的物理性质
光控、声控设备、空调的自控， 光控、声控设备、空调的自控，新型电光源 4.新型施工技术的发展 整体浴室，电缆施工， 整体浴室，电缆施工，管道连接
5.智能化建筑进一步促进了建筑设备工程的发展 智能化建筑进一步促进了建筑设备工程的发展
国家水立方游泳馆
新施工技术 新材料：EFTE膜 绿色建筑：雨水收集、自然光、调温设备、地源热泵等
1 = 4 2
三、恒定总流能量方程
1、恒定总流液体能量方程 、 由能量守恒规律，可推导出恒定总流能量方 程 （伯努里方程）
2 v12 p2 v2 z1 + + = z2 + + + hw12 γ 2g γ 2g
p1
2、能量方程中各项意义 Z和p/r ——单位重量的液体所具备的位能和 和 单位重量的液体所具备的位能和 压能。 压能。 压能。也称单位位能和单位压能。
z
液体与固体一样， 液体与固体一样，是由大量 的分子组成， 的分子组成，分子与分子之 间存在着间隙。 间存在着间隙。但从宏观的 尺度看， 尺度看，这些分子数是十分 巨大的，在一个微小的区域 巨大的， 内就有数量可观的液体分子 数。因而我们没有必要研究 每一个分子的运动， 每一个分子的运动，而是把 液体看作是由无数个质点组 成的连续介质 连续介质。 成的连续介质。
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（三）流体的压缩性和热胀性
压缩性概念： 流体的压强增大，体积缩小，密度增大的性质， 称为流体的压缩性。 热胀性概念： 流体温度升高，体积增大，密度减小的性质， 称为流体的热胀性。
（三）流体的压缩性和热胀性
液体：液体的压缩性和热胀性都很小 ，因此 在很多工程技术领域中，可以把液体的压缩 性和热胀性忽略不计。但在研究有压管路中 水击现象和热水供热系统时，就要分别考虑 水的压缩性和热胀性。
水在标准大气压，温度为4℃时密度和重度分别为： ρ＝1000 kg／m3， γ＝9．807kN／m3 水银在标准大气压，温度为0℃时其密度和重度是水 的13．5倍。 干空气在标准大气压，温度为20°C时密度和重度 分别为： ρ＝I．2kg／m3， γ＝11．82N／m3
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（二）流体黏滞性
概念： 概念 流体在运动时，由于内摩擦力的作用，使
z +
p
γ 是单位位能与单位压能之和称为单
p
位势能
v2 z + + γ 2g
是单位重量液体所
具有的机械能总和， 具有的机械能总和，称为总单位能。
Z—位置水头 位置水头
p
γ
—— 压强水头
z+
p
γ
——测压管水头 测压管水头
v2 ——流速水头 流速水头 2g v2 z + + γ 2g p
——总水头 总水头
流体运动时，无数元流的总和称为总流， 流体运动时，无数元流的总和称为总流，总流的边界 就是大流管。 就是大流管。
6、过水断面，流量与断面平均流速 、过水断面，
垂直于元流或总流流向的横断面称为过水断面。 垂直于元流或总流流向的横断面称为过水断面。 过水断面 常用单位：m2 ,cm2。 常用单位： 单位时间通过某一过水断面的流体体积称为流量。 单位时间通过某一过水断面的流体体积称为流量。 流量 常用单位： 常用单位： m3/s , l/s。 。
流体具有抵抗相对变形(运动)的性质，称为流体的 粘滞性。
（二）流体黏滞性
牛顿内摩擦定律：
内摩擦力
dy y u+du u
切应力力
F du τ＝ = S dn
接触面面积 动力黏滞性系数 运动黏滞性系数ν
y x
流速梯度
运动黏滞性系数ν：随 温度的升高，水的ν减小，空气的ν增大
ν= ρ
满足此定律的流体叫作牛顿流体，如空气、水、石 油等大部分机械工业中常用流体。凡不符合牛顿内 摩擦定律的流体叫作非牛顿流体。如牙膏、凝胶等 塑性体；泥浆、纸浆、高分子溶液等伪塑性体；乳 胶漆、油墨等膨胀塑性体。 。
流体静压强基本方程式
P=P0+ γ h
P0 a h
流体静压强的计算基准
(1)绝对压强PA (2)相对压强P (3)真空度PK
pA
p＝pA pa pa
p >0 p <0
正压 负压，真空度 PK=PA-Pa
0绝对真空
= -P
矩形水池10m× 池壁3.5m 例： 矩形水池 ×10m。高出地面 。高出地面0.5m,池壁 池壁 高，最大水深3.0m，地下水位位于地面下 m， 最大水深 ，地下水位位于地面下0.5 ，
ρ = lim
M dM = V dV V →0
z
ρ=
M V
A V M G 0 x
0 0 0
其单位为： kg/m3 其单位为： 一点上的液体重度为
G dG γ = lim = V dV V →0
γ=
G V
y
其单位为： 其单位为： N/m3
G Mg γ= = = ρg V V
（一）流体的密度、容重 流体的密度、
水
暖
电
绪论
一、《建筑设备工程》的课程地位 建筑设备工程》
2. 建筑设备工程知识对建筑工程人员是十分 重要的
建筑学、建筑规划、土木工程、工程管理、 建筑学、建筑规划、土木工程、工程管理、 物业管理、 物业管理、一般用户
二、建筑设备工程是发展中的科学
1.新材料、新品种的发展，引发技术改革 新材料、新品种的发展， 新材料
（三）流体的压缩性和热胀性
气体：具有显著的压缩性和热胀性。符合理想气体 状态方程。
p
ρ
= RT
气体常数
但在采暖与通风工程中，气体大多流速较低(远小于 音速)，压强与温度变化不大，密度变化也很小，因 而也可以把气体看成是不可压缩的。
第一节
流体的物理性质
建筑设备工程中水、气流体的流速在大多情 况下均较低，密度在流动过程中密度变化不 大，密度可视为常数，一般将这种水、气流 体认为是一种 易于流动的 具有黏滞性 不可压缩的流体。
三、建筑设备工程是多学科交叉 的专业技术课
给水排水工程 建筑暖通工程 建筑电气工程
四、学习要求
1.掌握建筑设备工程技术的基本知识 掌握建筑设备工程技术的基本知识 2.综合考虑建筑主体与设备的关系 综合考虑建筑主体与设备的关系 3.掌握一般的水暖电设计原则和方法 掌握一般的水暖电设计原则和方法
五、学习方法
建 筑 设 备
曹世玮 土木工程学院
绪论
一、《建筑设备工程》的课程地位 建筑设备工程》
1.建筑设备工程是房屋建筑不可缺少的组成部分 建筑设备工程是房屋建筑不可缺少的组成部分
包括：给水、排水、消防、热水供应、供暖、通风、 给水、排水、消防、热水供应、供暖、通风、 给水 空调、燃气、供电、配电、照明、 空调、燃气、供电、配电、照明、建筑防雷与接地 等 设置在建筑物内外，用以满足人们日常生活 工作 日常生活、工作 日常生活 工作、 休闲和娱乐 娱乐所需的供应设备的总和。 休闲 娱乐
3、流线、迹线 、流线、
是某一瞬时在流场给出的曲线， 流线是某一瞬时在流场给出的曲线 流线是某一瞬时在流场给出的曲线， 曲线上所有各质点的流速矢量都和该曲线相切
迹线是流体中某一质点在连续时间内的运动轨迹 迹线是流体中某一质点在连续时间内的运动轨迹
流线的特性
1)流线是代表流速方向的矢量线，其疏密度代表流速的大小 流线是代表流速方向的矢量线， 流线是代表流速方向的矢量线 2)流线一般不能相交，但有滞止点 流线一般不能相交， 流线一般不能相交 3)流线是光滑曲线 流线是光滑曲线
v2 ——单位重量液体所具有的动能，也称单 单位重量液体所具有的动能， 单位重量液体所具有的动能 2g
位动能。 位动能。
总流过水断面1 hw1-2 ——总流过水断面1-1和2-2之间的水 总流过水断面 w1头损失之和， 头损失之和，表示单位重量液体克服液流阻力 作功而消耗的机械能,也称单位能损失 作功而消耗的机械能,也称单位能损失。
A V
0
0 x
y
第一节 密度和容重 流动性和粘滞性 压缩性和热涨性
流体的物理性质
流体在运动状态时， 注：流体在运动状态时，由于流体 各流 层的流速不同， 层的流速不同，就会在流层间产生阻滞相 对运动和剪切变形的内摩擦力。 对运动和剪切变形的内摩擦力。
（一）流体的密度、容重 流体的密度、
一点上的液体密度为
hw——水头损失 水头损失
解： ∵Q =Q 1 2
v1 1 = v2 2 v1 = 0.25v2
1 = 4 2
v
水流从DN100管经过三通 例1-4 水流从 管经过三通 等量分流入两DN50的管道，流速如 的管道， 等量分流入两 的管道 何变化? 何变化 解：∵ Q1=Q2+Q3=2Q2
v1 1 = 2v2 2 v1 = 0.5v2
流体静压强的两个特性
（1）静压强的方向和作用面垂直且指向作用面。 静压强的方向和作用面垂直且指向作用面。 （2）流体内任一点的静压强，在各个方向均相等。 流体内任一点的静压强，在各个方向均相等。
h
H
γ H
H
γ h
计 量 单 位
Pa， （1 ）单位面积上的压力 Pa，1Pa=1N/m2 1atm=101325Pa （ 2 ）标准大气压 （3 ）液柱高度 mH2o mmH2o mmHg
以塑代钢， 以塑代钢，新型配电器材
2.新设备的出现，使设备更节能和高效 新设备的出现， 新设备的出现
泵与风机、空调、供配电、 泵与风机、空调、供配电、气压供水 发展趋势：体积小、重量轻、噪声低、效率高、 发展趋势：体积小、重量轻、噪声低、效率高、集 成化
3.新能源及电子技术的应用 新能源及电子技术的应用
4、均匀流和非均匀流 、
流线是相互平行的直线的流动称为均匀流 流线是相互平行的直线的流动称为均匀流 流线不是平行直线的流动称之为非均匀流 流线不是平行直线的流动称之为非均匀流 非均匀流可分为渐变流和 非均匀流可分为渐变流和急变流 渐变流
5、元流、总流 、元流、
在流体中取一微小的封闭曲线C， 在流体中取一微小的封闭曲线 ，通过该曲线上的每 一个点做流线， 一个点做流线，这些流线所形成的一个封闭管状曲面称为 流管，充满在流管中的一股流束称为元流。 流管，充满在流管中的一股流束称为元流。