流体力学基础1

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1、讲课教师：力学与工程科学系穆晟（退休教师）《建筑设备概论》前言（一）本课的性质：《建筑设备》是讲述建筑物内的给水、排水、供热、通风、空气调节、燃气配送、供电、照明、通讯网络系统设备的基本知识和技术的课程，是《工程管理》专业一门重要的专业基础课。随着科学技术的发展和我国人民生活水平的提高，建筑设备的科学含量日趋提高，对工程管理人员的知识结构和层次提出了更高的要求。希望大家予以本课足够的重视，共同来完成本课的教学任务。（二）本课讲授的内容：(1)流体力学及热力学基础；(2)建筑给排水及消防设备基本工作原理

2、及应用技术；(3)采暖供热的基本工作原理及应用技术；(4)通风和空调（包括制冷）的基本工作原理及应用技术；(5)建筑供配电系统、照明电器和弱电系统（通讯、有线电视、监控保安）的基本技术。（三）本课要求掌握的内容建筑设备的基本工作原理；设计或选型计算的最基本方法；设备的基本结构或系统的集成方法。（四）课程要求提高出勤率；有课件给同学们复习，希望大家下载；完成好作业，15%的平时成绩主要看作业；开卷考试，但计算题较多，有一定的难度。第一篇建筑设备涉及的基础知识第一章流体力学基本知识第0节流体与流体

3、力学(一)流体的定义:流体是与固体相对应的一种物体形态，是液体和气体的总称。除水和空气以外，流体还包括水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、水银、高温条件下的等离子体等等。流体是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的，它的基本特征是没有一定的形状并且具有流动性，在很小的外力作用下，就能产生流动。（二）流体力学流体力学是研究流体(液体和气体)的机械运动规律及其应用的学科，是力学的一个分支。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间相互作用的规律。流

4、体力学是在人类同自然界作斗争和在生产、科学研究的实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领民众修建的都江堰，至今还在发挥着防洪和灌溉的作用。当今流体力学已发展成为自然科学基础科学体系的一部分，在气象、水利研究，船舶、飞行器、汽车、叶轮机械和核电站的设计制造，以及生物学、医学、天体物理等等研究领域，都得到广泛的应用到。许多现代科学技术所研究的问题既受流体力学的指导，同时也促进了流体力学不断地发展。1950年后，电子计算机的发展又予以流体力学极大的推动。建筑内部的给水、排水、

5、采暖、通风、空调系统，都是以流体作为工作介质，系统设计的基本理念都涉及到流体力学问题。第一节流体的主要力学性质（一）流体的惯性（1）惯性的定义：物体维持原来运动状态（包括静止）的特性叫流体的惯性。（2）惯性的度量：物体惯性的大小用其质量m大小来度量，质量大的物体惯性大。（3）流体的密度的定义:对于均质流体，单位体积（V）的流体所具有的质量（m）叫流体的密度。例：某钢瓶的容积为0.5m³,其内部装有质量为1.2Kg的气体，求:钢瓶内气体的密度?解：低密度的流体（如空气）的惯性就小，达到相同的速度所需要的

6、动力就小；高密度的流体（如水）的惯性就大，达到相同的速度所需要的动力就大。（4）流体的重度的定义:对于均质流体，单位体积（V）的流体所具有的重力G叫流体的重度.（5）水和空气的密度流体的密度或重度是随其温度和所受到的压力变化而变化的。其中液体的密度或重度随其温度和所受到的压力变化而变化的量不大，可视为一固定值；而气体的密度或重度随其温度和所受到的压力变化而变化的量比较大，设计计算时通常不能视为一固定值。水在标准大气压和4℃时的密度为ρ=1000kg/m3（水的密度见补表1-1）空气在标准大气压和20℃

7、时的密度为ρ=1.20kg/m3（具体计算后面讲）（二）流体的粘滞性（1）动板实验：两块忽略边缘影响的无限大平行的平板，其间充满静止流体。当下板固定不动，上板以匀速平行下板运动时，两板之间的流体便处于不同速度的运动状态。即呈现出：附着在动板下面的流体层的运动速度与动板的速度相等，愈往下速度愈小，直到附着在定板上的流体层的速度为零。速度在平板的法线方向上呈线性速度分布规律。xu=0yu运动速度较慢的每一流体层(慢层)，都是在运动速度较快的流体层(快层)的带动下才发生运动的。  运动较快的流体层

8、(快层)也受到运动较慢的流体层(慢层)的阻滞，而不能运动得更快。相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生的是一个拖曳力，使慢层加速(作用力)；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力，使快层减速(反作用力)。我们把一对大小相等、方向相反的拖曳力和阻滞力称为内摩擦力(粘滞力)。（2）流体的粘滞性定义：实验表明流体流动时将产生内摩擦力，正是由于相邻两流层接触面上产生的内摩擦力（或称为粘滞力）阻碍流体质点或流层间（或流层与固体壁面间）的相对运动。  我们把在运动