【28集全】【有講義】建築設備【水】全套視頻教學 P1 - 第01講

同學們好，我們開始上課了 我講的這門課程是建築設備工程 這門課第一章 的內容是介紹 流體動力學的 一些基礎知識 因爲同學們不是學給排水專業的 那麼要想學好後面的課程內容 需要學一些流體動力學 方面的一些基本知識 下面我們就首先 開始講第一章的內容 內容就是主要介紹流體動力學 那麼流體力學是研究流體 的平衡和機械運動規律 以及在工程中應用的一門學科 流體的性質，流體 具有以下面幾個性質 第一個性質，當它受到微小剪切力的作用 就發生變形流動 不能承受拉力 但可以承受壓力 具有一定的體積 並具有自由表面 在我們 瞭解了 流體力學的性質以後 下面我們介紹一下 掌握流體力學的 必要性在 給水排水工程 供熱通風工程 及城市燃氣 工程中儘管 管道內流體的 工作介質都是 流體，都是流體例如 生活 生產用水的供給污水 雨水的排放熱能的供應 通風及空氣調節等等 都離不開流體 那麼從這裏面，我們瞭解 了在我們日常生活 有關的像給水排水 通風及燃氣工程中 那麼，與我們生活有着密切關係的 這些方面那麼是都離不開流體 我們就要介紹第一節的內容 流體動力學的基本概念 恆定流與 非恆定流 那麼什麼是恆定流呢 流場中所有空間點上 一切運動要素都 不隨時間改變 那麼這就是屬於恆定流 恆定流可以 用這個圖 那麼從這個 容器裏邊 水位是不變的 也就在水位不變的情況下 那麼它所 流出來的 流量不 隨時間改變 的非恆定流 那麼它表示它是說明什麼一個問題呢 就是流體的某一部分 和全部運動要素 都是隨著時間來變化的 那麼從這個圖B 我們可以看出 那麼容器內的水位 deltaT1 deltaT2 deltaT3 那麼它是隨著 時間變化的 而它流出的水流 那麼由於水位的變化 那麼水流也是變化的 第二個問題 是一元流動 二元流動 和三元流動 根據運動要素的 空間維數來分類 在研究管道與渠道中流動的問題時 常沿運動方向 取曲線座標S 並將 複雜運動 轉化爲一元 流動問題 現在我們來看 那麼三元流動它表示什麼呢 運動要素是三個空間座標的函數 那麼兩元流動呢它是表示運動 要素呢是兩個空間座標的函數 那麼一元流動運動要素它 是指的一個空間座標的函數 那麼這個下面這兩個圖 前面這個圖流速和s的函數呢 是取斷面流速v 那麼做分析的時候呢 從這個圖上可以看出 那麼它是 它的運動要素 是一個空間座標的函數 一個空間 後面這個圖 那麼它是 它的運動要素 就表示了 那麼是 兩個空間座標的函數 x r 我們在這裏呢 只用 畫出了這麼兩個圖 來說明 那麼一元流動 和兩元流動 那麼它的運動要素 與空間座標的函數關係 這是第二個問題關於一元流動 二元流動和三元流動問題 第三個問題流線 均勻流一些概念問題 那麼什麼是流線呢 流線是指某一瞬間在流場中 繪出的所有質點的流速矢量 都與之相切的 一系列曲線 線它 是指什麼呢？ 若駐流線是平行直線，且 質點的流速沿程不變 就把這種流動稱 爲均勻流 那麼什麼是漸變流 呢？漸變流是指流線 近似於平行直線 流體在等截面有限長直管 段中的流動就是漸變流 急變流是指的什麼呢？ 就是流線 平行直線 質點流速矢量 沿流線有顯著變化 當流體通過三通彎頭 閥門變徑管等局部構件時 可看作 急變流 那麼現在我們回過頭來看一下 那麼這裏邊介紹了 那麼四個關於流線 均勻流、漸變流、急變流的 那麼這個水流流態的幾種描述 那麼流線呢？ 那麼它是指在流場中所有質點的流速矢量 都是以相切的一條一系列的曲線所構成的 那麼均勻流和流線相比來講呢 那麼這首先是 那麼流線是平行的直線 而且質點的流速 這個各個質點的流速呢是沿程不變的 而漸變流 那麼從流線上來來看 那麼它是近似於平行的 而它在流動 過程中呢 是逐漸變化的 是有變化的 而急變流 它的主要特徵是在 表現在什麼方面呢 就是說 這個流線在流經一些 局部變化的部位時 那麼如三通 彎頭 閥門 變徑管 那麼這樣一些局部變動的時候 那麼，這個水流流線就發生急劇變化了 所以把它稱爲急變流 第四個 問題 源流俄統流 那麼什麼是流管呢？流管指的是 在流場中任取一非流線的封閉曲面 過曲線上各點的流線所構 成的管狀表面稱爲流管 那麼流束是什麼呢？ 流管及其內部 流體就稱爲流束 那麼恆定流中，流管的 形狀是不隨時間變化的 是在恆定流中 流管的形狀是不隨時間來變化的 那麼，就像這個圖中所表示的這樣 那麼就是這個綠顏色的這個小斷面 那麼它這個 在這個整個管道中 那麼是 成一個 和這個 綠顏色的這個 整個在流動過程中 以流束的形式 那麼像 沿水流方向 過流斷面 那麼過流斷面指的是什麼呢？流速上與流線正交的 橫斷面稱爲過流斷面 就流速上與 流線正交的 橫斷面稱爲過流斷面 那麼這個 過流斷面這個圖 從這個圖上我們看到 流線 就帶有尖頭的 表示流線了 那麼這個 過流斷面呢 我們標出 一一斷面 二二斷面 就流速 和這個流線 正交 正交的 從斷面 那麼在流線相互平行的時候 過流斷面 表示的是個平面 流線之間是相互不平行 這時候過流斷面就成為曲面了 從這個圖上大家可以看到 在一一斷面這個處 在一一斷面處 這個流線之間是相互平行的 而到了二二斷面 在二二斷面處 這個流線是相互之間不平行了 從這裡就可以看出 這塊的過流斷面是一個曲面 原流是指什麼呢 過流斷面無限小時 流管及內部的流體斷面上 各點的運動參數均相同 總流是指的什麼呢是過流斷面 為無限大小的流管及其內部 的流體有無數原流構成 斷面上各點 的運動參數 一般情況下是不相同 那麼下邊兩個圖呢 上面這個圖表示的是層流流速的分佈 那麼下面這個圖呢 表示的穩流流速分佈 沒有 流速 分佈 這六個問題 流量和斷面 平均流速 第一個問題呢 我們介紹一下什麼是流量 什麼是流量 流量表示什麼呢 單位時間內 通過某一過流斷面流體的體積 那麼稱為體積流量 這個在單位時間內 那麼通過某一個斷面流體的體積 稱爲體積流量 那麼符號呢用Q來表示 那麼採用單位 流量採用單位 一般用這個每秒 多少立方米 那麼也可以採用什麼呢 每秒多少升 這個單位來表示 那麼流量 流量 也可以用 這個流速 通過某一個過水斷 面面積的衝擊 它進行積分來求出 那麼，U是表示什麼呢？就微圓斷面的一個微小斷面的流速 微小斷面 通過某一個微小斷面的流速 那麼，在有的時候 流量呢，也用單位時間內 通過某一個過流斷面的流體質量來表示 這時候呢，我們把這個流量 稱為質量流量 那麼它採用的符號是用什麼呢？ 用Q加個柱角M 來表示有QM 這個符號來表示質量流量 那麼，採用質量流量 來表示流量的話 那麼單位每秒 多少公斤來表示 採用的單位就是 每秒多少公斤 這個公式就用下面這個公式來表示了 下面 Qm 等於 ρ 乘以 Q 第二個小問題呢，就是 斷面平均流速 那麼，在一個總流過流斷面上 各點的流速u 一般是不相等的 爲了便於計算 設想在過流斷面上 流速v均勻分佈 所通過的流量與 實際流量相同 那麼大家看這個圖 那麼在一個圓管裏面 那麼總流通 過流斷面上 那麼各點的流速這個u 就用藍線表示的這些流速u 那麼一般是不相等的 從這個圖上可以看出來表示出來 爲了計算方便呢 爲了計算方便 那麼設想 就過流斷面上的流速v 是均勻分佈的 是均勻分佈的 那麼這塊是設想 實際在管道內的這個流速呢 流經這個斷面上的各點的流速這個u 不相等的 那我們在這裏 那麼設想在某一個斷面上的流速 V是均勻分佈 那麼這樣的話 通過這樣的設想 那麼是通過這個某一個斷面上的流量 與實際流量就相同了 那麼從這個圖上我們可以得出 有什麼？它的幾何意義是表示什麼呢 它是以底爲a，高爲v的一個柱體體積 等於流速分佈曲線與 過水斷面所圍成的體積 所圍成的體積 也就是用下面這個 積分公式所表達出來的 這是 第一 節內容 我們介紹了 一些流體力學的一些基本的概念 第二 節內容就 介紹能量 方程 那麼在能量方程裏面這一節裏呢 我們主要介紹一個 理想流體源流伯努利方程 那麼這個伯努利方程 由上面這個 公式來表述了 那麼這個伯努利方程 它適用條件是什麼呢 也就適用的條件 一個是要求是恆定流 水流流經 那麼管路時 的流動狀態 應該是恆定流 第二個適用條件呢 那麼這個水流是不可壓縮的流體 還是應該是不可壓縮的 那麼它表示的質量力呢 僅表示是重力 質量的力呢 僅僅表示的是重力 另外呢就是 是微元流速 微元流體 理解 宇宙 的 神 祕 奧 祕 第二個公式HP 等於g分之 那麼這個公式表示 從幾何意義表示的是測壓管的高度 也就是指 對壓強水頭 物理意義表示什麼呢 就是壓強勢能 也稱為壓能 第三個公式 C加上漏劑分子P 它的幾何意義表示什麼呢 測壓管的水頭 物理意義 表示總勢能 二季分之U方 等於二分之一乘上M季分之MU方 它所表示的幾何意義是什麼呢 流速高度也稱為速度水頭 這個物理意義 表明什麼呢 z 加上肉季分之P 再 加上二季分之U方 它的幾何意義表示 物理意義表示的是機電能 最下面這部分這個公式 J 加上 P 再加上 U 等於 C 它的幾何意義 表示總水頭線 是一條水平線 物理意義表明 機械 能是 守恆 的 下面我們再介紹一下 實際流體 的伯努利方程 實際流體具有一定 的粘性在運動的 時候產生流動阻力 流體在管路內 流動一方面具有粘性另外 在流動時產生流動的阻力 爲了克服阻力 在流動時的阻力就需要做功了 那麼使得流體的一部分機械能不可逆轉的 就轉化爲熱能而消失了 那麼粘性 流體在 流動的時候 單位重量流體 具有的機械能 沿程不守恆 而是減少 總水頭線 不是水平線 而是沿程的下降線 那麼這個說明 一個什麼問題呢 就是粘性 具有粘性的流體 那麼在流動的時候 單位重量流體 具有的機械能 機械能 沿程不守恆 沿程不守恆而是減少的 總水頭線它不是水平線 而是沿程的一條下降的線 那麼下面這個公式 有 z1 加上 ρg 分之 p1 再加上2G分子U1平方 z2 加上 ρ g 分之 p2 再加上2G分子U2的平方 再加上一個 h1 撇 理解 宇宙 的 神 祕 奧 祕 剛是上面那個公式所表達的 圖中的 一一斷面 第一斷面 h1 表示斷面 一的所具有 的位能了 這個 p1 在斷面一處 p1 分之 g 表示在斷面一處 的測壓管水頭 這個二G分之U一方 能表明在第一斷 面處總水頭線 同樣的在二斷面處 p2 分之 g 2g 分之 u2 方 h2 那麼這些分別 表明是什麼呢 是二處的它的位能測壓管水頭 它的這個總水頭 那麼 h1 撇剛才已經說了 那它表明是什麼呢 這兩個斷面處 實際流體原流單位重量流體 由斷面過流斷面一一運動至 過流斷面二二 的機械能損失 也就是說，有斷面一一是水 流體有斷面一一流經到斷面二時 那麼它的機械 能的損失 機械能損失的大小 這是第二章第二節內容介紹的這個伯努利方程 也就是能量方程 第三節，第三節內我們 介紹水頭損失水頭損失 那麼在第二節裏我們已經談到了 有實際的流體呢 管路輸送的 那麼在實際中它都 具有一定的粘性 那麼流體在流動的過程中 那麼流體與固體的邊界之間 以及流速的不同 的流程之間 均會出現一個切應力 均會出現切應力 表現爲把這個切應力 所具出現的這個切應力 一般成爲阻力了 阻力做功過程中 想使流體的一部分機械能 不可逆轉的形成能量損失 那麼下面我們 通過上面這 一段描述 那麼說明什麼問題呢 它告訴我們這麼一個 是流體是具有黏性的 第二個問題告訴我們什麼呢 流體與輸送 流體的管路 那麼這個管路是固體了 那麼在流體和這個 管路的邊界之間 以及速度不同 的流程之間 那麼會出現一個什麼切應力 會出現切 應力 這個切應力呢 表現以阻力的形式 以阻力的形式呢 所表現的 那麼阻力在做功的過程中 阻力在做功的過程中 使流體的一部分機械能 不可逆轉的形成能量損失 那麼下面根據 上面的一些介紹 我們要介紹幾個 介紹幾個概念 一個是水頭損失 水頭損失的概念 那麼什麼是水頭損失 什麼是水頭損失 水頭損失指的是什麼呢 單位重量 液體的 能量損失 單位重量的 液體 它的能量 損失了多少 是多少？就 在流動過程中 沿着管路 那麼流動過程中 單位 液體 那麼損失了多少能量 把它 損失的能量 就稱爲水頭損失了 那麼水頭 損失 包括兩部分 也就是說流體沿著 管路流動的過程中 單位重量的液體要 損失一定的能量 那麼損失的能量包括兩部分 也就是說水頭損失 是有兩部分構成的 沿程水頭損失 另外一部分水頭損失是局部水頭損失 那麼上面我們已經清楚了 那麼什麼是水頭損失 而水頭損失呢是有兩個部分組成的 就是沿程水頭損失和局部水頭損失 那麼構成的 那麼下面我們再進一步介紹 也就是同學們需要進一步瞭解 那麼什麼是沿程水頭損失 那麼什麼是局部水頭損失 那麼下面呢 我們再介紹什麼是沿程水頭損失 那麼沿程水頭損失它是指 由於在管道上受到沿程不變的切應力 就是水流 沿著管道流動的時候 那麼 沿着管道 受到呢 沿程不變的 切應力 沿着這個 管道流動 受到沿程不變的切應力 那麼流體爲了克服 這個沿程阻力 所引起的 能量損失 所引起的能量損失 那麼這個 在這裏呢 需要強調的一點 就是 水流沿着管道流動 沿着管道流動 那麼一般我們這塊兒的指的沿 這個管道應該是長 比較長的一段管路 而且是直 長直的管路 也就是說呢 水流沿着長直管路流動 那麼它要 受到沿程 沿着這個管道流動的沿程不變的切應力 那麼爲了克服這個沿程的阻力 就要損失 一部分能量了 也就是說引起一定的能量損失 就把這個引起的能量損失呢，稱爲沿程水頭損失 沿程水頭損失 那麼什麼是局部水頭損失 什麼是局部水頭損失 因固體邊界 的急劇改變 因爲固體邊界的急劇改變 引起流速分佈的突然變化 使流動在局部地方受到障礙 和干擾時所產生的阻力 流體克服局部阻力時所產生的比較集中的能量損失 那麼這是關於什麼 是局部水頭損失 那麼我們結合着管路來說的時候 那麼什麼是管局部水頭損失呢 也就是說水流沿着管路流動的時候 那麼在這些管路上安裝了 比如說閥門 彎頭變徑管 各種管件 那麼在這些管件處 任意管件處 水流流經這些關鍵處的時候 那麼它要受到 局部的摩擦阻力 為了克服這個摩擦阻力 也就是說在這塊受到障礙 水流在這個 關鍵處 這些關鍵處呢 局部的 受到障礙或者幹擾 產生阻力 為克服這個阻力 就要損失一定能量 就把這個損失的能量 稱為 局部水頭損失 這一點 呢