建筑设备工程 主编：王付全 主讲：王洪义.

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1 建筑设备工程 主编：王付全 主讲：王洪义

2 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
①.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

3 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，80～120万年前的蓝田 猿人，40～50万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 ②.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: 6000～7000年前的浙江余姚的河姆渡文化 5000～7000年前的西安半坡文化 4000～6000年前的山东泰安的大汶口文化

4 ③.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 ①．十九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。

5 ②．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 ①．小方面：家庭的上、下水，通风，取暖 ②．中等方面：一幢建筑，一个小区的供暖，供水，制冷，空调 ③．大方面：整个城市，一个大型企业的供水，排水等。

6 第一篇 建筑设备基础知识 第一节 流体的主要力学性质
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。

7 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.
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 ρ水 =1000 kg / m3 ρ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 　　　 　　

8 • 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

9 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∝(Δu/Δy)s 若把上式写成等式，就需引进一个比例系数μ，即: 　　　　F∝μ(Δu/Δy)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τ表示，于是上式可写成： 　　　　τ=F/S=μ(Δu/Δy) 　　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： 　　　　τ=μ(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； 　μ=τ/(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 　

10 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： ⑴粘性切应力与速度梯度成正比； ⑵粘性切应力与角变形速率成正比； ⑶比例系数称动力粘度，简称粘度。

11 运动粘度 运动粘度的单位是 常温常压下，水和空气的粘度系数分别为 水： 空气：

12 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=μ/ρ -----运动粘度，其单位为：1/m4
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=μ/ρ　-----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)

13 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。

14 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： ⑴ 肥皂泡 ⑵ 洗洁剂 ⑶ 毛细现象 ⑷ 微重力环境行为

15 流体模型分类 无粘性流体 牛顿流体 按粘性分类 粘性流体 非牛顿流体 可压缩流体 流体模型 按可压缩性分类 不可压缩流体 完全气体 均质流体 其他分类 正压流体 等熵流体 恒温流体 斜压流体

16 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） =1.013105Pa =760mmHg =10.33mH2O

17 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。 均质静止液体中压强分布特征： (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 • 静压强分布图 • 等压面概念

18 压强计算方法与单位 压强计算方法 完全真空 绝对压强 压强基准 表压强 大气压强 真空度 习惯上

19 2.压强单位 •国际单位制（SI）：帕斯卡Pa 液柱高： 米汞柱mH2O （水头高） 毫米汞柱mmHg（血压计） 标准大气压atm(标准国际大气模型)

20 （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。

21 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

22 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
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/ρ -----单位kg质量流体所具有的压力能，J/kg； 　　　　　

23 伯努利方程的水力学意义 沿流线的水头形式 常数 (沿流线) 速度水头 z 位置水头 测压管水头 压强水头 H 总水头 沿流束的水头形式 (沿流束)

24 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 　 　　　　 　　　 　　　　 　　　　　　

25 （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

26 脉线 定义 相继通过某空间点的质点连线 又称 染色线、烟线或条纹线
第 三节 流体动力学的基本概念 一、流体动力学的一些基本概念 流体线 脉线 某时刻标记的一串相连的 质点连线 定义 相继通过某空间点的质点连线 又称 染色线、烟线或条纹线 时间线

27 （一） 流管，流束与总流 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

28 （二）速度场 • 速度场是最基本的场 v = v (x, y, z, t ) 速度分量： • 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) 三维速度廓线

29 流量与平均速度 体积流量 质量流量 不可压缩流体 流量 封闭曲面时 Q、 指净流出流量 体积流量 平均速度 不可压缩流体质量流量

30 二、流体运动的类型 层流与湍流 雷诺实验(1883) 流场显示 1. 经典实验 哈根实验(1839) 阻力测量 林格伦实验(1957) 热线测速 2. 雷诺数 V 流速，d 特征长度，ρ、μ 流体密度、粘度 圆管临界雷诺数

31 内流与外流 按流场是否被固体边界包围分类 管道流（不可压缩流体） 喷管流（可压缩流体） 内流 明渠流 流体机械 粘性边界层 外流 外部势流

32 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： 二、流态的判定： 1、沿程阻力和沿程水头损失
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：

33 三、沿程损失与局部损失

34 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。 3 2 1 图 - 43

35 管网的计算原则： （2）在管网的每一结点上，输入流量与输出流量相等。
（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。