第二讲 第一章 建筑给排水.ppt

第一章 建筑给排水;1.质量密度和重力密度 2.流体的黏滞性 3.流体的压缩性和热胀性;1 流体动力学的基本知识;1.质量密度和重力密度 在描述固体物质的惯性和重力特性时，通常用物体的质量和重力，而流体因为没有固定的体积，在描述其惯性大小和重力大小时，用单位体积的质量和单位体积的重力来表示，即质量密度(ρ)和重力密度(γ)。 （1）质量密度定义式为： ρ＝M/V(kg/m3) 式中：M——流体的质量(kg)； V ——流体的体积(m3)。 （2）重力密度定义式为 γ＝G/V(N/m3) (1.2) 式中：G——流体的重力(N)； V ——流体的体积(m3)。 由上两式可知流体的重力密度=质量密度×重力加速度 γ＝G/V＝Mg/V＝ρg g——重力加速度，通常为9.8m/s2;2.流体的黏滞性 流体流动时，流体内部各质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗流体质点间相对运动的性质，称作流体的黏滞性。管段中断面???速分布如图1.1所示。 ;根据牛顿摩擦定律，可得到流体黏滞力的表达式为 （3）流体粘滞力： T＝μ·A·du/dy 式中：μ——流体的黏滞系数； A ——流层间的接触面积； du/dy ——流速梯度，表示流速沿垂直于流速方向的变化率。 单位面积上的内摩擦力为切应力，以τ表示 （4）切应力： τ＝T/A＝μ·du/dy;3.流体的压缩性和热胀性;小结;; 流线可以反映流体流动的一些性质，如图1.2所示。通过流场中的每一个点都可以绘一条流线，所以流线布满整个流场。流线绘出后，流体的流动状况就一目了然。某点的流速方向就是流线在该点的切线方向；流线的疏密可以反映流速的大小，流线越疏，流速越小，流线越密，流速越大；流线不能相交，也不能是折线，只能是一条光滑的曲线或直线。;2.流量 流体流动时，单位时间内通过过流断面的流体体积称为流体的体积流量。一般用Q来表示，单位为m3/s或L/s。流体的流量一般是指体积流量。要计算流量的大小，我们假设流体在管道内流动，任意取出一过流断面，断面上的流速分布如图1.3所示。 ;;流体运动有不同的分类方法，下面分别介绍。 1.根据流动的流体的周界与固体壁面的接触情况来划分 (1)压力流 流体在压差作用下流动时，整个流体的周界与固体壁面都接触，流体无自由表面，这种流动称作压力流。如室内给水系统的水在管道中的流动，空调工程中的空气在风管道中的流动，供热工程中热水或蒸汽在管道中的流动等，都是压力流。;压力流有三个特点： 1)流体充满整个管道。 2)不能形成自由表面。 3)流体对管壁有一定的压力。;(2)无压流 无压流又称为重力流，流体流动时，流体的部分周界与固体壁面相接触，另一部分周界与空气相接触，这种流动称作无压流。如室内排水系统中污水在管道中的流动，水渠中的水在水渠里的流动等都是无压流。无压流有两个特点： 1)液体流体没有充满管道，所以在室内排水中引入了充满度的概念，即污水在管道中的深度h与管径D的比值称做管道的充满度，充满度的大小在排水系统设计中是很重要的参数。 2)液体流体在管道或水渠中能够形成自由表面。;压力流和无压流的图解如图(a)～(c)所示。;2.根据流体流动时压力、流速等运动要素随时间是否变化来划分 (1)恒定流 要定义恒定流和非恒定流的概念，我们以打开水龙头的过程为例：打开之前，水处于静止状态，称为静止平衡，打开后的短暂时间内，水从喷口流出，流速从零迅速增加到某一流速，在这个过程中，流速时刻在发生变化，称为运动的不平衡状态，当达到某一流速后，即维持不变，此时称为运动的平衡状态。处于运动平衡状态的流体，各点的流速不随时间变化，由流速决定的压强、黏性力和惯性力也不随时间变化，这种流动称为恒定流。;(2)非恒定流 处于运动不平衡状态的流体，它的各点的流速随着时间变化，各点的压强、黏性力、惯性力也随着速度的变化而变化，这种流动称为非恒定流。 在实际工程中所接触的流体流动，都可以视作恒定流动，给分析和计算带来很大方便。 ; 恒定流连续性方程是由质量守恒定律得出的，质量守恒定律告诉我们，同一流体的质量在运动过程中不生不灭，即流体运动到任何地方，其质量是恒定不变的。 如图所示，在恒定流条件下，可以考虑以下几点：;1)由于是恒定流，流体的各点的流速不随时间发生变化。 2)流体是连续介质，中间不会形成空隙。 3)流体不能从研究对象流体的侧壁流入或流出。 在恒定流的管道上取Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ两个过流断面，根据质量守恒定律，通过断面Ⅰ-Ⅰ的质量流量等于通过断面Ⅱ-Ⅱ的质量流量，假设断面Ⅰ-Ⅰ处的断面面积为A1，流体的密度为ρ1，流入的流体体积流量为Q1；假定断面Ⅱ-Ⅱ处的断