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1、奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 1 页 共 11 页建筑设备工程辅导资料一主 题：第一章 流体力学基础 （一、二、三节）学习时间：2012 年 3 月 30 日4 月 8 日内 容：这周我们将学习本门课程内容的第一章第一、二、三节。希望下面的内容能加深同学们对相关知识的理解。一、学习要求1. 流体物理力学性质2. 静压强及分布规律3. 流体运动的若干基本概念二、主要内容（一）流体物理力学性质流体力学是力学的一个分支，研究流体处于平衡、运动状态时的力学规律及其在工程中的应用。按研究介质不同流体力学分为液体力学（水力学）和气体力学。水力学研究的对象是液体，但是，当气
2、体的流速和压力不大，密度变化不大，压缩性可以忽略不计时，液体的各种平衡和运动规律对于气体也是适用的。流体力学在建筑设备工程中有着广泛的应用。给水、排水、供热、供燃气、奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 2 页 共 11 页通风和空气调节等工程设计、计算和分析都是以流体力学作为理论基础的。因此，必须了解和掌握流体力学的基本知识。流体的力学特性：（1）流体不能承受拉力；（2）静止流体不能承受切力，受微小切力作用流体就会流动，这就是流体易流动性的原因，运动的实际流体能承受切力；（3）静止或运动的流体能承受较大的压力。1、粘滞性如图 1-1 所示，为管中断面流速分布。由于流
3、体各流层流速不同，当相邻层间有相对运动时，在接触面上就会产生相互作用的内摩擦力（切力） ，摩擦生热，耗散在流体中，流体的机械能就会损失一部分。流体运动时产生内摩擦力或抵抗剪切变形的能力称为流体的粘滞性。图 1-1 管中断面流速分布牛顿内摩擦定律作用在单位面积上的内摩擦力 为(N/m2) 式中 内摩擦力，N；奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 3 页 共 11 页摩擦流层的接触面积，m 2 流速梯度，速度沿垂直于流速方向 的变化率；与流体种类有关的动力粘滞性系数，N/ m2s=Pas。另外，流体力学中常用( m2/s) 式中 流体的运动粘滞性系数。或 受温度影响较大，
4、而受压力影响很小。液体的 或 随温度提高而减小，而气体反之。水和空气的 和 随温度的变化见教材中的表 1-2。由于粘性流体运动时内摩擦力做负功，消耗流体的机械能，计算中必须考虑。2、流体的压缩性和膨胀性压缩性 压强增大体积减小密度增加的性质。膨胀性 温度升高体积膨胀密度减小的性质。（1）液体情况液体的压缩性和膨胀性很小。水每增加一个大气压(98kN/m2)，密度增加 1/20000。水温增加 1时，密度减小约 1.57.0/10000。因此在建筑设备工程中，一般是不计液体的压缩性和膨胀性的。但在水击中和热水循环系统中，必须考虑液体的压缩性和膨胀性的。（2）气体情况气体具有显著的压缩性和膨胀性。
5、奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 4 页 共 11 页对于温度不太高，压强不太大时，密度、压强和温度三者之间服从理想气体的状态方程式中 气体的绝对压强，N/ m2；气体的密度，kg/ m3；气体的绝对温度，K，又 ， 为摄氏温度，； 气体常数，J/kgK ，空气 ，其它气体 ， 为气体的分子量。将 和 代入上式，得计算干空气密度 的公式(kg/ m3 ) 对于低速（远小于音速）气体，其压强和温度在流动过程中变化较小，密度可视为常数，此气体称为不可压缩气体，如空气在温差较小的空间内流动和在通风管道内的流动。对于高速（接近或超过音速）气体，在流动过程中 、 变化大，因
6、此 变化也大，不能视为常数，这种气体称为可压缩气体。3、作用在流体上的力作用在流体上的力有压力，粘滞力（内摩擦力） 、重力和惯性力。为了研究流体的平衡和运动的规律，将力分为表面力和质量力。（1）表面力奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 5 页 共 11 页表面力作用在被研究流体的表面上，其大小与受作用面积成正比，如压力P 和粘性力 。表面力又分为作用在流体表面上的法向力（常称压力）和切向力（常称摩擦力）两种。单位面积上的法向压力称为压强，以 表示。单位面积上的切向力称为切应力或摩擦应力，以 表示。 与 的单位均为 N/m2或 Pa。（2）质量力质量力作用在流体的每个
7、质点上，其大小与流体的质量成正比。对于均质流体，质量力的大小与流体的体积成正比，这时质量力又称为体积力，最常见的质量力是重力 和惯性力 或 ， 和 分别是流体运动的直线加速度和匀速圆周运动时的圆周速度， 是流体做圆周运动时的曲率半径。（二）静压强及分布规律在静止水体中取出如图 1-2 前图所示的隔离体，用压力 替周围nP.21，水体对它的作用，然后将隔离体分为和两部分，去掉上面部分变成 1-2后图。设截面上 点处作用的流体静压力为 ，受作用面积为 ，则有奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 6 页 共 11 页图 1-2 静压强的定义平均压强 点的静压强 压强单位：1
8、 N/m2=1Pa, 1kN/ m2=1kPa, 1bar(巴)=10 5Pa, 1MPa(兆帕)10 6Pa 流体的静压强特性：1压强方向沿受作用面的内法线方向，即垂直指向受压面。2任意一点的静压强只有一个值，它与受作用面方位无关，只是位置坐标的函数，即（三）流体运动的若干基本概念1、压力流与无压流压力流 流体在压差作用下流动，流体充满整个管道断面，无自由表面，如流体在给水管道、供暖管道及通风管道中的流动。无压流 流体在重力作用下流动，液体与固体周界部分地接触，形成自由表面，如水在河道、渠道及室内排水横干管中的流动。2、恒定流与非恒定流描述流体运动的压强 、流速 、密度 等称为运动参数。恒定
9、流 流场中任意一点的运动要素不随时间变化的流动，如图 1-3 管道中的流动为恒定流。奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 7 页 共 11 页图 1-3 恒定流 图 1-4 非恒定流非恒定流流场中任意一点的运动要素随时间变化的流动，如图 1-4 管道中的流动为非恒定流。3、迹线与流线迹线 流体中某个流体质点在连续时间内的运动轨迹，或位移随时间变化的曲线 。流线 某时刻通过流场中某点画出的一条瞬时曲线，此时其上流体质点的速度向量均与该曲线相切。恒定流时流线的形状不随时间变化，但与迹线重合。流线不能相交或者折曲，否则在交点和折点将有两个速度方向，这是不可能的。图 1-5
10、流线4、均匀流与非均匀流均匀流 流线是平行直线的流动，如水在等直径长直管中的流动非均匀流流线不是平行直线的流动，或有夹角或弯曲。非均匀流又分为渐变流和急变流。奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 8 页 共 11 页渐变流 流线近乎是平行直线的流动，过流断面近似为平面，可以证明其上的动水压强符合静水压强分布规律。急变流 流线不能视为平行直线的流动，流线间夹角很大或者流线的曲率很大。图 1-6 均匀流与非均匀流5、元流、总流与过流断面元流 在流动的流体中取一微元断面 ，过 上各点画出流线形成的一股流束。元流内外的流体不会穿过侧表面流出或流入，否则流线将相交，但可以从端断
11、面流入流出流体。由于 很小，可以认为断面上的运动要素均匀分布。图 1-7 元流与总流总流 无数元流的总和，或在有限边界内流动的流体。过流断面与元流或总流全部流线正交的横断面，表示为 或 。均匀流的过流断面为平面；渐变流的过流断面可视为平面；急弯流的过流断面为曲面，见图 1-6。6、流量与断面平均流速奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 9 页 共 11 页流量 单们时间内通过元流或总流过流断面水的体积，称为体积流量，单位为 m3/s 或 L/s。对于元流及总流分别有此外还有质量流量 (kg/s)重量流量 (N/s)断面平均流速假想的过流断面上均匀分布的流速（ ） ，用
12、它计算出的流量（ ） ，与用过流断面上实际流速分布计算的流量 相等，即于是断面平均流速为图 1-8 断面平均流速三、相关例题例 1-1 试绘制如图所示壁面 ABCD 上的相对压强分布图。奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 10 页 共 11 页例 1-1 图解： A、B、C、D 各点的相对压强分别为=0； = =9.8 2=19.6kN/m2= =9.8 (2+1.5)=34.3kN/m2； 34.3kN/m2 例 1-2 如图所示密闭水箱，已知水面上的绝对压强 p0=60kN/ m2，当地的大气压强 pa=98kN/ m2。试求：水深 h=2m 处 点的绝对压强 相对压强 及真空高度 。例 1-2 图解：点的绝对压强 kN/m2点的相对压强 kN/m2奥鹏在线作业答案下载：www.caishaowen.org 第 11 页 共 11 页点的真空度 kN/m2KN/m2)点的真空高度： mH2O
