建筑设备工程,主编：王付全 主讲：王洪义,绪论,建筑设备是为了给人们营造一个安全、合理、舒适的生活与生产环境而设置的一门课程。 1、古代的建筑设备 .人类出现以来，就择溪而居，这是因为水是各种 生物（包括人类）赖以生存的、不可缺少的物质。 当我们游览、参观各种遗址、文物古迹时，我们会发 现人类居住的建筑物的是这样逐渐演变为我们今天居 住的房子的。即山洞土穴/地窖）茅草房 土石、砖瓦房现代建筑,例如：古猿人时代，他们以崖洞，山穴为居。 像170万年前的元谋猿人，80120万年前的蓝田 猿人，4050万年前的北京猿人都是选择天然的， 附近有河水的，山洞作为居住的场所。山洞 遮雨 .到了母系社会，开始利用土崖为壁体，建造 穴居。再发展为用树木、草泥建造简单的穴居或 浅穴居后来发展为地面建筑。例如: 60007000年前的浙江余姚的河姆渡文化 50007000年前的西安半坡文化 40006000年前的山东泰安的大汶口文化,.中国自奴隶社会开始，已经出现了大规模的建筑 群，有了完善的供水、排水系统。 这种建筑结构的发展，是人们生存条件不断改善的 过程。 取排水方面：经历了陶罐、陶制水槽，较完善的水 系统的历程。 2现时的建筑设备 十九世纪爱迪生发明电以来，人们的生活越来越便利。如今人们可以尽情的享受现代文明带给我们的各种便利。自来水、电灯、冰箱、空调、天然气所有这些用具，设备的安装与使用都与建筑设备这门课密切相关。,了解大自然，利用大自然，为人类造福。如若将 来能对四季进行人工调节，冬季蓄冷，夏季贮热；进 一步开发、利用太阳能，风能等自然能源；改进采光 方式，减少电能的消耗。发挥我们的优势。 3讲述内容 小方面：家庭的上、下水，通风，取暖 中等方面：一幢建筑，一个小区的供暖，供水，制冷，空调 大方面：整个城市，一个大型企业的供水，排水等。,第一篇 建筑设备基础知识,第一章 流体力学基础知识 第一节 流体的主要力学性质 流体的性质 1. 流体是什么？ 流体是无数分子集团组成连续介质。 2. 流体包括液体、气体、固体颗粒悬浮于液体或气体中。 3. 流体可分为：不可压缩流体(如液体)、可压缩流体( 如气体) 如果气体的密度随温度、压强变化较小，也可作为 不压缩的流体。 流体力学机理可分成三部分： (1). 流体静力学 -它是研究流体在静止时的规律； (2). 流体动力学-它是研究流体在运动时的基本规律； (3). 水力学-它涉及到流体在运动时，速度和加速度及其力作用之间关系。,二. 密度、重度、比重、比容的慨念 1. 密度_单位体积流体所具有的质量. 常温下取 水 =1000 kg / m3 空气= 1.2 kg/m3 2. 重度_单位体积流体所具有重量. 3. 比重_任一流体的密度与4度水的密度之比. 4. 比容_单位质量流体所具有的体积. 三、流体的粘滞性 粘度的概念 粘度的物理意义, 流体粘性形成原因:,(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成,(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成,实验证明，对于一定的液体，内摩力F与两流体层的速度差u 成正比；与两层之间的垂直距离y 成反比； 与层间的接触面积 S 成正比，即： F(u/y)s 若把上式写成等式，就需引进一个比例系数，即: F(u/y)s 式中的内摩擦力F与作用面S平行。单位面积上的内摩擦力或剪应力，以表示，于是上式可写成： =F/S=(u/y) 上式只适用于 u 与 y 成直线关系的场合。当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是直线关系，而是曲线关系，则上式变为： =(du/dy) 式中 ：du/dy-速度梯度，即在与流动方向相垂直的 y 方向上流体速度的变化率； =/(du/dy)- 比例比例系数,其值随流体的不同而异,其单位为Kg/s.m,牛顿粘性定律,牛顿在自然哲学的数学原理中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力，同这两部分彼此分开的速度成正比”。即在图中，粘性切应力为,上式称为牛顿粘性定律，它表明：,粘性切应力与速度梯度成正比；,粘性切应力与角变形速率成正比；,比例系数称动力粘度，简称粘度。,运动粘度,常温常压下，水和空气的粘度系数分别为,运动粘度的单位是,流体的粘性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或动力粘度， 简称为粘度。 v=/ -运动粘度，其单位为：1/m4.S ; 对于液体：温度增加，粘度下降； 为什么？ (因为液体温度上升，其分子之间距变大，其内摩擦力下降，) 对于气体：温度增加，粘度上升； 为什么？ (对于气体，温度上升，其分子的碰撞增加，内摩擦立增加),四、流体的压缩性和热涨性 流体的可压缩性：在外力作用下流体密度（体积）发生改变的的性质。 流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。实际流体都是可压缩的。 液体的压缩性很小，在大多数场合下都视为不可压缩，而气体压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但如果压力变化很小，温度变化也很小，则可近似认为气体也是不可压缩的。,五、 表面张力,表面张力通常是指液体 与气体交界面上的张应力,2. 表面张力现象：, 洗洁剂, 毛细现象, 微重力环境行为, 肥皂泡,流体模型分类,流体模型,按粘性分类,无粘性流体,粘性流体,牛顿流体,非牛顿流体,按可压缩性分类,可压缩流体,不可压缩流体,其他分类,完全气体,正压流体,斜压流体,均质流体,等熵流体,恒温流体,第二节 流体静力学的基本概念 一、流体静压强及其特性： 静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。 （1）压力单位 在国际单位制（SI制）中，压力的单位为N/m2，称为帕斯卡（Pa），帕斯卡与其它压力单位之间的换算关系为： 1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压） =1.013105Pa =760mmHg =10.33mH2O,对具有自由液面的液体，压强分布为,为自由面上的压强，h为淹深。 上式称为均质静止流体液体压强公式。,(1) 在垂直方向，压强与淹深成线性关系,(2) 水平方向压强保持常数,均质静止液体中压强分布特征：, 静压强分布图, 等压面概念,压强计算方法与单位,压强计算方法,习惯上,压强基准,真空度,完全真空,表压强,大气压强,2.压强单位,标准大气压atm(标准国际大气模型),液柱高：,国际单位制（SI）：帕斯卡Pa,毫米汞柱mmHg（血压计）,米汞柱mH2O （水头高）,（2）压力的两种表征方法 绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。,二、流体静压强的分布规律,压强是一个重要的操作参数，有关压强的计算和测量十分重要，这也是静力学基本方程式的重要应用,流体静力学方程的讨论和应用 公式中每一项的物理意义; 方程式揭示了哪些规律性 ; 如何利用基本规律来解决生产实际问题 ; 公式适用条件。 1. 静力学方程中每一项的物理意义; p/ -单位kg质量流体所具有的压力能，J/kg；,沿流束的水头形式,沿流线的水头形式,伯努利方程的水力学意义,2. 方程式所揭示规律性 （1）.静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的 压强相等 如图,（2）.液体内部各点压强p随液体深度而改变，液体深度愈深，其压强愈大。而且当液面上方压强改变时，液体内部压强也发生同样大小的改变。 (3).压强是可以传递的，而且是以等数值进行传递 如图,流体线,又称 染色线、烟线或条纹线,脉线,时间线,某时刻标记的一串相连的 质点连线,流管： 流线围成的管子,流束： 流管内的流体,缓变流流束：流线平行或接近平行,微元流束：有限截面无限小的流束,总流：微元流束的总和,在有效截面上取平均值，按一维流动处理,（二）速度场, 速度场是最基本的场,v = v (x, y, z, t ), 可用速度廓线（剖面）描述空间线或面上的速度分布,二维速度剖面 u u ( x, y),速度分量：,三维速度廓线,流量与平均速度,封闭曲面时,流量,体积流量,平均速度,体积流量,不可压缩流体质量流量,质量流量,层流与湍流,2. 雷诺数,雷诺实验(1883),哈根实验(1839),林格伦实验(1957),V 流速，d 特征长度，、 流体密度、粘度,圆管临界雷诺数,管道流（不可压缩流体）,喷管流（可压缩流体）,明渠流,流体机械,内流,粘性边界层,外部势流,外流,按流场是否被固体边界包围分类,第四节 流动阻力与能量损失的基本概念 一、流动阻力与能量损失的两种形式： 1、沿程阻力和沿程水头损失 2、局部阻力和局部水头损失 二、流态的判定：,三、沿程损失与局部损失,管网简介,管网是由简单管路组成的网络系统，其中包含并联、分支或汇合等管路组合形式。如图所示是一简单的管网。,管网的计算原则： （1）管网中任一单根管路都是简单管路，其计算与前述的简单管路计算遵循着同样的定律。 （2）在管网的每一结点上，输入流量与输出流量相等。 （3）若无外功输入，则在管网的每一个封闭的回路上压头损失的代数和等于零。,