建筑设备第一章PPT讲稿.ppt

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1、建筑设备第一章第1页，共31页，编辑于2022年，星期六第一章第一章 流体力学基本知识流体力学基本知识第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质一、密度和容重一、密度和容重质量密度质量密度重力密度重力密度对于均质流体对于均质流体第2页，共31页，编辑于2022年，星期六流速梯度流速梯度流体在黏滞力的作用下，具有的抵抗流体的流体在黏滞力的作用下，具有的抵抗流体的相对运动（或变形）的能力相对运动（或变形）的能力二、流体的黏滞性二、流体的黏滞性流体的黏滞力流体的黏滞力黏滞性黏滞性由于流体个流层的流速不同，相邻流层之间有相对运动，由于流体个流层的流速不同，相邻流层之间有相对运动，在接触面上产生

2、的一种相互作用的内摩擦力在接触面上产生的一种相互作用的内摩擦力 沿垂直流速方向单位长度的流速增值沿垂直流速方向单位长度的流速增值第3页，共31页，编辑于2022年，星期六运动粘性系数运动粘性系数受温度影响大，受压力影响小受温度影响大，受压力影响小表表1-1 水的粘滞性系数水的粘滞性系数第4页，共31页，编辑于2022年，星期六三、流体的压缩性和热胀性三、流体的压缩性和热胀性图图1-2 一个大气压下空气的粘滞性系数一个大气压下空气的粘滞性系数第5页，共31页，编辑于2022年，星期六压缩性压缩性热胀性热胀性流体压强增大体积缩小的性质流体压强增大体积缩小的性质流体温度升高体积膨胀的性质流体温度升高

3、体积膨胀的性质第二节第二节 流体静压强及其分布规律流体静压强及其分布规律一、流体静压强及其特性一、流体静压强及其特性静压强静压强第6页，共31页，编辑于2022年，星期六（2）任一点的流体静压只有一个值，不因作用面方位）任一点的流体静压只有一个值，不因作用面方位的改变而改变。的改变而改变。（1）流体静压强的方向必定沿着作用面的内法线方向）流体静压强的方向必定沿着作用面的内法线方向 只存只存在垂直于表面内法线方向的压应力在垂直于表面内法线方向的压应力 压强。压强。流体静压强的特征流体静压强的特征第7页，共31页，编辑于2022年，星期六二、流体静压强的分布规律二、流体静压强的分布规律静水压强基本

4、方程式静水压强基本方程式图图1-3 静止液体中静止液体中的压强分布的压强分布圆柱体处于静止状态圆柱体处于静止状态第8页，共31页，编辑于2022年，星期六等压面等压面 工程计算中压强由不同的量度基准工程计算中压强由不同的量度基准如液体与气体的交界面（自由表面）如液体与气体的交界面（自由表面）（1）流体中压强相同的各点所组成的面）流体中压强相同的各点所组成的面（3）静止、同种类、连续液体的水平面）静止、同种类、连续液体的水平面以大气压强为零点计算的压强以大气压强为零点计算的压强以完全真空为零点计算的压强以完全真空为零点计算的压强绝对压强绝对压强 相对压强相对压强（2）处于平衡状态下的两种不同液体

5、的分界面）处于平衡状态下的两种不同液体的分界面第9页，共31页，编辑于2022年，星期六关系关系：压强单位：米水柱（压强单位：米水柱（）、毫米水柱（）、毫米水柱（）、米汞柱（）、米汞柱（）关系关系1个工程大气压个工程大气压第10页，共31页，编辑于2022年，星期六一、流体运动的基本概念一、流体运动的基本概念（一）压力流和无压流（一）压力流和无压流（二）恒定流与非恒定流（二）恒定流与非恒定流第三节第三节 流体运动的基本知识流体运动的基本知识无压流无压流压力流压力流非恒定流非恒定流恒定流恒定流流体运动时，流体任一位置的运动要素如压强、流速流体运动时，流体任一位置的运动要素如压强、流速等随时间变化

6、而变动的流动等随时间变化而变动的流动液体在重力作用下流动时，液体的部分周界与固体壁相接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，形成自由表面触，部分周界与气体相接触，形成自由表面流体运动时，流体任一位置的压强、流速等运动要素不随流体运动时，流体任一位置的压强、流速等运动要素不随时间变化的流动叫做恒定流动。时间变化的流动叫做恒定流动。流体在压差作用下流动时，整个流体周围都是与固流体在压差作用下流动时，整个流体周围都是与固体壁相接触，没有自由表面体壁相接触，没有自由表面第11页，共31页，编辑于2022年，星期六迹线迹线均匀流均匀流流体某一个质点在连续时间内的运动

7、轨迹流体某一个质点在连续时间内的运动轨迹流体运动时，在流速场中画出某时刻的这样一条空间曲线，其流体运动时，在流速场中画出某时刻的这样一条空间曲线，其上所有质点在该时刻的流速矢量都与该曲线相切上所有质点在该时刻的流速矢量都与该曲线相切流线流线流体运动中流线接近于平行线的流动流体运动中流线接近于平行线的流动（三）流线与迹线（三）流线与迹线（四）均匀流与非均匀流（四）均匀流与非均匀流流体运动中流线不能视为平行线的流动流体运动中流线不能视为平行线的流动流体运动时，流线不是平行直线的流动流体运动时，流线不是平行直线的流动非均匀流非均匀流流体运动时，流线是平行直线的流动流体运动时，流线是平行直线的流动急变

8、流急变流渐变流渐变流第12页，共31页，编辑于2022年，星期六（五）元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速（五）元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速元流元流流体运动时，在流体中取一微小面积，并在面积上各点绘流体运动时，在流体中取一微小面积，并在面积上各点绘出并形成的一股流束出并形成的一股流束总流总流 流体运动时，无数元流的总和流体运动时，无数元流的总和第13页，共31页，编辑于2022年，星期六流体运动时，单位时间内通过过流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体质量流断面的流体质量 单位单位断面平均流速断面平均流速过流断面过流断面流量流量 流体运动时，与元流或总流全部流线正交的流体运动

9、时，与元流或总流全部流线正交的横断面横断面 流体运动时，单位时间内通过过流断流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积面的流体体积 单位单位断面上各点流速的平均值断面上各点流速的平均值体积流量体积流量质量流量质量流量第14页，共31页，编辑于2022年，星期六二、恒定流的连续性方程二、恒定流的连续性方程条件条件推广到总流，得质量流量的连续性方程推广到总流，得质量流量的连续性方程应用质量守恒定律，流进断面的质量必定等于流出断面的质量应用质量守恒定律，流进断面的质量必定等于流出断面的质量（1）由于流动是恒定流，元流形状及空间）由于流动是恒定流，元流形状及空间各点的流速不随时间变化。各点的流速不随

10、时间变化。（3）流体不能从元流的侧壁流入或流出。）流体不能从元流的侧壁流入或流出。（2）流体是连续介质。）流体是连续介质。第15页，共31页，编辑于2022年，星期六（一）恒定总流实际液体的能量方程（一）恒定总流实际液体的能量方程三、恒定总流能量方程三、恒定总流能量方程伯努里方程伯努里方程第16页，共31页，编辑于2022年，星期六总水头线总水头线 把各断面上的总水头把各断面上的总水头 顶点连成的线顶点连成的线图图1-10 元管中有压流动的总水头线与测压管水头线元管中有压流动的总水头线与测压管水头线第17页，共31页，编辑于2022年，星期六总水头坡度或水力坡度总水头坡度或水力坡度 总水头线沿

11、流程的降低值与沿程长度的比值，总水头线沿流程的降低值与沿程长度的比值，其表示沿流程单位长度上的水头损失，用其表示沿流程单位长度上的水头损失，用 i 表示表示（二）实际气体恒定总流的能量方程（二）实际气体恒定总流的能量方程第18页，共31页，编辑于2022年，星期六应用举例应用举例文丘里流量计文丘里流量计 当水流通过时，水银压差计的读当水流通过时，水银压差计的读数是数是 ，求通过的流量，求通过的流量Q值。值。水头损失小，不计水头损失小，不计N-N是等压面是等压面第19页，共31页，编辑于2022年，星期六根据连续性方程式根据连续性方程式第20页，共31页，编辑于2022年，星期六得到得到:第21

12、页，共31页，编辑于2022年，星期六用用A表示常数值表示常数值则文丘里流量公式则文丘里流量公式实际流量实际流量第22页，共31页，编辑于2022年，星期六一、沿程阻力和水头损失的两种形式一、沿程阻力和水头损失的两种形式（二）局部阻力和局部水头损失（二）局部阻力和局部水头损失流体在长直管（或明渠）中流动时，所受的摩擦阻力流体在长直管（或明渠）中流动时，所受的摩擦阻力第四节第四节 流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失为了克服沿程阻力而消耗的单位重量流体为了克服沿程阻力而消耗的单位重量流体的机械能量的机械能量（一）沿程阻力和沿程水头损失（一）沿程阻力和沿程水头损失沿程阻力沿程阻力沿程水头损失沿程水

13、头损失流体的边界在局部地区发生剧烈变化时，迫使主流流体的边界在局部地区发生剧烈变化时，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，脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧烈的碰撞，所形成的阻力所形成的阻力为了克服局部阻力而消耗的重力密度流体的机械能为了克服局部阻力而消耗的重力密度流体的机械能量量局部水头损失局部水头损失局部阻力局部阻力第23页，共31页，编辑于2022年，星期六水头损失图水头损失图第24页，共31页，编辑于2022年，星期六雷诺数雷诺数二、流动的两种形态二、流动的两种形态层流和紊流层流和紊流关系关系 总水头损失总水头损失 等于各沿程水头损失等于各沿程水头损失 与各局部水与

14、各局部水头损失头损失 叠加之和叠加之和对于对于圆管的有压管流圆管的有压管流：若：若Re2000时，流体层流形态；时，流体层流形态；若若Re 2000时，流体为紊流形态。时，流体为紊流形态。第25页，共31页，编辑于2022年，星期六对于对于明渠流明渠流：通常以水力半径代替：通常以水力半径代替d，明渠中的雷诺数为，明渠中的雷诺数为水力半径水力半径此时，若此时，若Re500时，明渠流为层流形态。时，明渠流为层流形态。若若Re 500时，明渠流为紊流形态。时，明渠流为紊流形态。第26页，共31页，编辑于2022年，星期六三、沿程水头损失三、沿程水头损失反映边界粗糙情况和流态对水头损失反映边界粗糙情况

15、和流态对水头损失影响的一个系数影响的一个系数五、局部水头损失五、局部水头损失四、沿程阻力系数四、沿程阻力系数 和流速系数和流速系数C的确定的确定沿程阻力系数沿程阻力系数第27页，共31页，编辑于2022年，星期六第五节第五节 孔口、管嘴出流及两相流体简介孔口、管嘴出流及两相流体简介一、孔口出流一、孔口出流（一）薄壁圆形小孔口的液体自由出流（一）薄壁圆形小孔口的液体自由出流收缩系数收缩系数 与孔口面积与孔口面积 的比值的比值第28页，共31页，编辑于2022年，星期六（二）淹没出流（二）淹没出流孔口出流淹没于同类流体中孔口出流淹没于同类流体中二、管嘴出流二、管嘴出流图图1-17 淹没孔口出流淹没

16、孔口出流第29页，共31页，编辑于2022年，星期六 工程上装置各种形式的管嘴以获得不同的流速和流量工程上装置各种形式的管嘴以获得不同的流速和流量三、牛顿型、非牛顿型流体和气三、牛顿型、非牛顿型流体和气-液、气液、气-固两相流动固两相流动牛顿流体牛顿流体液体和气体流动过程所具有的切应力与其流速液体和气体流动过程所具有的切应力与其流速梯度均为线性关系，符合牛顿定律的流体梯度均为线性关系，符合牛顿定律的流体 第30页，共31页，编辑于2022年，星期六非牛顿流体非牛顿流体 气气-液液/气气-固两相流动固两相流动 重力密在其流动过程，根据实验得到的其各自重力密在其流动过程，根据实验得到的其各自切应力与其流速梯度并非呈线性关系，不符合切应力与其流速梯度并非呈线性关系，不符合牛顿定律的流体度牛顿定律的流体度气体与液体气体与液体/气体与固体混杂形成的运动连续介质气体与固体混杂形成的运动连续介质第31页，共31页，编辑于2022年，星期六