建筑给排水第1章 16页

第一章水力学基本知识§1-1水的主要物理性质一、密度和容重二、水的粘滞性三、水的压缩性和热胀性§1-2静水力学基本知识一、静水压强及其特征二、静水压强基本方程式三、压强的表示方法四、压强单位表示法§1-3动水力学基本知识一、水流运动的几个基本概念二、水流阻力和水头损失\n§1-1水的主要物理性质一、密度和容重1.水的密度：单位体积的水的质量，以符号ρ表示。ρ=M/V（㎏/m3）（1-1）式中M—水的质量，㎏；V—水的体积，m3。2.水的容重：单位体积的水的重量，以符号γ表示。γ=G/V（N/m3）、（㎏f/m3）（1-2）式中G—水的重量，N；V—水的体积，m3。3.二者关系：γ=ρg（1-3）式中g—重力加速度，g=9.807m/s2。水在一个标准大气压和4℃时，ρ=1000㎏/m3；γ=9.807kN/m3≈1000㎏f/m3。\n二、水的粘滞性—产生摩擦阻力的原因由于水在流动时具有粘滞性，使水流与管壁之间及水流与水流之间产生摩擦阻力。产生阻力，能量（压力）就会有损失。§1-1水的主要物理性质\n图1.1实际流体在管内的速度分布§1-1水的主要物理性质\n三、水的压缩性和热胀性水随着压强增大体积缩小的性质，称为水的压缩性。水随着温度升高体积膨胀的性质，称为水的热胀性。1水从1个大气压增加到100个大气压，每增加1个大气压，水的密度增加1/20000。2水温在10～20℃范围内时，温度每增加1℃，水的密度减小1.5/10000；水温在90～100℃范围内时，温度每增加1℃，水的密度减小也只为7/10000。注意：在热水循环系统中，应考虑水的这一性质。一句话总结：可忽略不计§1-1水的主要物理性质（很小）（很小）水是一种具有质量和重量的、易于流动的、具有粘滞性的和不可压缩的流体。\n一、静水压强及其特征处于相对静止状态下的流体，由于本身的重力或其他外力的作用，在流体内部及流体与容器壁面之间存在着垂直于接触面的作用力，这种作用力称为静压力。（一）静水压强：单位面积上水所受到的压力，以p表示。p=P/ω（N/m2）（1-4）式中P—水所受到的压力，N；ω—作用面积，m2。（二）特征1静水压强的方向垂直于作用面，并指向作用面。2水在任何一点所受到的压强大小相等，方向相反。§1-2静水力学基本知识\n二、静水压强基本方程式1.两个概念：自由表面和表面压强。自由表面：液体和它上面的气体的交界面叫自由表面。表面压强：作用在液体表面上的压强称为表面压强，一般用P0表示，若表面为大气,压强则用Pa表示。Pa=1.013×105Pa（1个标准大气压）;工程上为计算方便，取Pa=9.81×104Pa（1个工程大气压）。2.基本方程式p=P0+γh（kN/m2或kPa）（1-5）式中P0—表面压强（给排水中常为水箱（池）等开口容器，也就是大气压强Pa），kN/m2或kPa；γ—水的容重，kN/m3；h—所研究的点在自由表面下的垂直深度，m。水越深，水所受到的压强越大。\n三、压强的表示方法压强的两种计算基准1、绝对压强：以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强。2、相对压强：是指以当时当地大气压为起点计算的压强，也称表压。两者的关系为：P绝对=Pa+P相对=Pa+γh\n相对压强的两种状态：（1）“正压”状态当P绝对＞Pa时，P相对=P绝对-Pa=γh（正值，谓之正压）（2）“负压”—真空度当P绝对≤Pa时，P相对=P绝对-Pa=γh（负值，谓之负压，也称真空）真空度：某点的绝对压强不足于大气压强的部分，用P真空表示：P真空=Pa–P绝对=-P真空=-γh\n图1.2绝对压强、表压与真空度的关系\n四、压强单位表示法1.用单位面积所受的压力表示：其中，N/m2又称为Pa（帕斯卡），2.用工程大气压表示1个工程大气压=1kgf/㎝23.用液柱高度表示—“水柱高度”N/m2（国际）；kgf/㎝2（工程常用）。kPa(103Pa），MPa（106Pa）。=9.81×104Pa≈105Pa—“水头”1个工程大气压=kgf/㎝2=kPa=Mpa=mH2O11000.110\n§1-3动水力学基本知识一、水流运动的几个基本概念（一）压力流与无压流1.压力流—2.无压流—（二）恒定流与非恒定流1.恒定流—Q进=Q出，H为恒值，水中任何一点的压强、流速不随时间变化而变化。2.非恒定流—Q进＜Q出，由H1变为H2，水中任何一点的压强、流速随时间变化而变化。自然界中一般都是非恒定流，工程中取为恒定流，以方便研究。水流在压差作用下流动，水流在管中呈满流状态，没有自由表面，给水管道是有压流动。水流在重力作用下流动，水流在管中呈非满流状态，有自由表面，天然河流、明渠流、排水管道是无压流动。（管渠均需有一定的坡度才能流动）（屋顶水箱、地下水池等）\n（三）过水断面、流速、流量1.过水断面—在垂直于水流的流动方向上，水流所通过的断面积，符号：ω或A；单位：㎡或㎝2。2.流速—单位时间内，水流所流过的距离，符号：ν；单位：m/s。3.流量—单位时间内，通过过水断面的水流体积，符号：Q或q；单位：m3/s或L/s。三者关系：Q=ω·ν从式中可知，当ω（即管径）一定时，Q与ν成正比；当Q一定时，ω与ν成反比，即Q一定时，管径越大，管中流速则越小，反之亦然。\n二、水流阻力和水头损失（一）水流阻力水的粘滞性产生的水流阻力分为：沿程阻力—局部阻力—管道配件：三通、四通、弯头、阀门、大小头等（二）水头损失1沿程水头损失hf—2局部水头损失hj—水流沿管道长度方向所不受到的摩擦阻力。水在流动时碰到一些管道配件出现的阻力。（给排水中用“水柱高度”表示压强单位，常用“水头”表示，故“压力损失”称为“水头损失”。）克服管道沿程阻力所引起的水头损失。克服弯头、三通、大小头、阀门等配件所引起的水头损失。\n（三）水头损失的计算公式1.沿程水头损失计算公式式中：λ—管壁粗糙系数，与管壁光滑程度有关，管壁光滑λ小，管壁粗糙λ大；L—管到长度，m；d—管径，㎜；v—流速，m/s；g—重力加速度，m/s2。从式中可以看出：hf与λ、L、v成正比，即管道越粗糙、越长、流速越大，则hf越大；hf与d成反比，即管径越小，hf越大，反之亦然。\n工程中为简化计算式中，i—单位长度管段的水头损失（㎜/m），有表可查。2局部水头损失计算公式式中，ξ—局部水头损失系数，与配件形式有关，如90°弯头ξ=1.2；阀门ξ=0.8。工程上，一般可估算hj：室外城市管网：hj=5%hf,∑h=1.05hf；室内给水管网：hj=（20～30）%hf,∑h=（1.2～1.3）hf；总水头损失为沿程水头损失与局部水头损失之和，即∑h=∑hf+∑hj注：工程上，屋顶水箱一般不能直接搁在屋面板上，而要高出屋面一定的高度，否则不能满足最高层水龙头出水压力的要求。