1、第第1章章 流体的主要物理性质及流体的主要物理性质及流体静力学流体静力学 1.1建筑通风概述建筑通风概述1.2自然通风自然通风 思考题与习题思考题与习题1.1流体的主要物理性质流体的主要物理性质流体中由于各质点之间的内聚力极小,不能承受拉力,静止流体也不能承受剪切力,所以流体具有较大的流动性,且不能形成固定的形状。但流体在密闭状态下却能承受较大的压力。充分认识以上所说流体的基本特征,深刻研究流体处于静止或运动状态的力学规律,才能很好地把水、空气或其他流体按人们的意愿进行输送和利用,为人们日常生活和生产服务。1.密度流体和固体一样,也具有质量。对于均质流体,单位体积的质量称为流体的密度,即1.1
2、流体的主要物理性质流体的主要物理性质1.密度式中m流体的质量(kg);V流体的体积(m3)。流体的密度随外界压力和温度而变化。2.黏滞性用流速仪测出管道中某一断面的流速分布,如图1-1所示。流体沿管道直径方向分成很多流层,各流层的流速不同,并按照某种曲线规律连续变化,管轴心的流速最大,沿着管道壁的方向递减,直至管壁处的流速为零。牛顿在总结实验的基础上,首先提出了流体内摩擦力的假说牛顿内摩擦定律,如用切应力表示,可写为1.1流体的主要物理性质流体的主要物理性质2.黏滞性式中F内摩擦力(N);S摩擦流层的接触面面积(m2);流层单位面积上的内摩擦力,又称切应力(N/m2,或Pa);与流体种类有关的
3、系数,称为动力黏度(Ns/m2,或Pas);流速梯度,表示速度沿垂直于速度方向的变化率(s-1)。流体黏滞性的大小,可用黏度表达,除动力黏度外,常用运动黏度=/表示,单位为m2/s。1.1流体的主要物理性质流体的主要物理性质3.压缩性和热胀性流体压强增大体积减小的性质称为流体的压缩性,流体温度升高体积膨胀的性质称为流体的热胀性。液体的压缩性和热胀性都很小,因此在很多工程技术领域中可以把液体的压缩性和热胀性忽略不计。气体与液体不同,具有显著的压缩性和热胀性。在温度不过低,压强不过高时,气体的密度、压强和温度三者之间的关系服从理想气体状态方程,即式中p气体的绝对压强(N/m2);气体的密度(kg/
4、m3);T气体的热力学温度(K);1.1流体的主要物理性质流体的主要物理性质3.压缩性和热胀性R气体常数J/(kgK)。对于空气,R=287J/(kgK);对于其他气体R=8314/N J/(kgK),N为该气体的相对分子质量。对于速度较低(远小于声速)的气体,其压强和温度在流动过程中变化较小,密度可视为常数,这种气体称为不可压缩气体。反之,速度较高(接近或超过声速)的气体,在流动过程中密度变化很大,不能视为常数,这种气体称为可压缩气体。综上所述,对于建筑设备工程中的水、气流体,由于其流速在大多数情况下均较低,因而密度在流动过程中变化不大,可视为常数,一般将这种水、气流体,可以认为是一种易于流
5、动的、具有黏滞性的和不可压缩的流体。1.1流体的主要物理性质流体的主要物理性质3.压缩性和热胀性在研究流体运动规律中,还需要了解“连续介质”的概念。所谓连续介质,是把流体看成是全部充满的、内部无任何空隙的质点所组成的连续体。1.2流体静力学知识流体静力学知识1.流体静压强及其特性如图1-2所示,这种情况必须把周围流体对部分流体的作用力加上去,以保持其静止状态不变。设作用于隔离体表面某一微小面积A上的总压力是F,当所取的面积无限缩小为一点a,即A0,则这个极限值p称为a点的静压强。流体静压强的量纲为力/面积,在国际单位制中,单位常用Pa表示。流体静压强有如下两个特性:1)流体静压强的方向必定沿着
6、作用面的内法线方向。2)任意点的流体静压强只有一个值,它不因作用面的方位改变而改变。1.2.1流体静压强及其分布规律流体静压强及其分布规律1.2流体静力学知识流体静力学知识1.流体静压强及其特性1.2.1流体静压强及其分布规律流体静压强及其分布规律1.2流体静力学知识流体静力学知识2.流体静压强的分布规律静水压强基本方程式(又称为静水力学基本方程式)为p=p0+h(1-5)式中p静止液体中任意点的压强(kN/m2或kPa);p0表面压强(kN/m2或kPa);液体的重度(kN/m3);h所研究点在自由表面下的深度(m)。该方程表示静水压强与水深成正比的直线分布规律。应用静水压强基本方程式分析问
7、题时,要抓住等压面这个概念,即流体中压强相等的各点所组成的面为等压面,如图1-3所示。1.2.1流体静压强及其分布规律流体静压强及其分布规律1.2流体静力学知识流体静力学知识工程计算中,压强有不同的量度基准:(1)绝对压强绝对压强是以完全真空为零点计算的压强,用pA表示。(2)相对压强相对压强是以大气压强为零点计算的压强,用p表示。由上所述,相对压强与绝对压强的关系为p=pA-pa(1-6)式中pa大气压强。相对压强的正值称为正压(即压力表读数),负值称为负压,这时流体处于真空状态,通常用真空度(或真空压强)来度量流体的真空程度。所谓真空度,是指某点的绝对压强不足于一个大气压强的部分,用pk表
8、示,即pk=pa-pA=-p(1-7)真空度实际上等于相对压强的绝对值。图1-4所示为压力计量基本1.2.2压强的测量压强的测量1.2流体静力学知识流体静力学知识图示。压强单位如前所述,除可用单位面积上的压力和工程大气压表示外,还可用液柱高度表示,三者的关系为:1个工程大气压10mH2O 735.6mmHg 98kN/m2 98 000Pa。测量流体静压强常用的测压仪器有液柱测压计、金属压力表和真空表等,多数测量仪表的显示值为相对压力值,也称为表面压力。1.2.2压强的测量压强的测量思考题与习题思考题与习题1.流体的主要物理性质的定义和物理含义是什么?2.什么叫连续介质?3.简述静水压强基本方程的形式。静止液体中压强分布与深度有什么关系?4.绝对压强、相对压强和真空度之间的相互关系是什么?本章完本章完 谢谢谢谢！
