建筑内部给水系统的水力计算.ppt

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1、1. 用水定额 用水定额是指，用水对象单位时间内所需用水量的规定数值，是确定建筑物设计用水量的主要参数之一。 其数值是在对各类用水对象的实际耗用水量进行多年实测的基础上，经过分析，并且考虑国家目前的经济状况以及发展趋势等综合因素而制定的，以作为工程设计时必须遵守的规范。 合理选择用水定额关系到给排水工程的规模和工程投资。,2. 最高日用水量 （2-2） 最高日用水量（L/d）； 用水单位数（人或床位等，工业企业建筑为班人数）； 最高日生活用水定额（L/人d 、L/床d或L/人班等）。,1.5.0 概述,建筑物的最高日用水量 （L/d）,即一年中最大日 用水量，根据建筑物的不同性质，采用相应的用

2、水量定 额进行计算。生活用水定额可以分为住宅生活用水定额， 公共建筑生活用水定额，居住区生活用水定额，工业企 业建筑生活用水定额，热水用水定额等等。若工作企业 为分班工作制，最高日用水量 , 为生产 班数，若每班生产人数不等，则各类建筑的生活用水定 额见,1.5.0 概述,1.5.0 概述,1.5.0 概述,3. 最大小时用水量 （2-3） （2-4） 最大小时用水量（L/h）（ ） 用水量最高时一个小时的用水量； 建筑物内每日或每班的用水时间（h），根据建筑物的性质决定；,1.5.0 概述,如：住宅及一般建筑多为昼夜供水，T=24；若工业企业为分班工作制，为每班用水时间；旅馆等建筑若为定时供

3、水，为每日供水时间。 平均时用水量，又称平均小时用水量，为最高日生活用水量在给水时间内以小时计的平均值（L/h）； 小时变化系数，最大日中最大小时用水量与该日平均小时用水量之比。,1.0 概述,消防用水量大而集中，与建筑物的使用性质、规模、耐火等级和火灾危险程度等密切相关，为保证灭火效果，建筑内消防水量应按需要同时开启的消防用水灭火设备用水量之和计算。 建筑内部给水系统的计算是在完成给水管线布置，绘出管道轴侧图后进行的。计算的目的是确定给水管网各管段的管径和给水系统所需的压力，复核室外给水管网的水压是否满足室内给水系统所需压力的要求。,1.5.0 概述,1.5.1 设计秒流量,为保证建筑内部用

4、水，生活给水管道的设计流量，应为建筑内部，卫生器具按最不利情况组合出流时的最大瞬时流量，又称为设计秒流量。 建筑内部给水管道的设计秒流量的确定方法，一般可分为三种类型：经验法、平方根法和概率法。,一般用水时间集中，用水设备使用集中，同时给水 百分数比较高，目前采用经验法确定计算公式，即直接以卫生器具数量、卫生器具的额定流量和同时给水百分数来计算设计管段上的设计秒流量，公式如下：,1.5.1工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、公共食堂、 影剧院、体育馆等建筑设计秒流量计算公式,1.5.1 设计秒流量,式中:, 计算管段中的设计秒流量（L/s）； 同类型卫生器具数； 同一类型一个卫生器具给水额定流量

5、； 根据设计手册确定（L/s）； 卫生器具的同时给水百分数 % ； 设计时按按设计手册确定；,工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、公共食堂、 影剧院、体育馆等建筑设计秒流量计算公式,1.5.1,4.1.1,关于卫生器具的同时给水百分数b： 例某一管段上连接有n0个卫生器具,如按下面公式进行计算： 某管段的输配流量 （L/s）； 室内某管段及其以后管段的某一种卫生器具数； 该种器具的最大单位出水量（L/s）。,工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、公共食堂、影剧院、体育馆等建筑设计秒流量计算公式,式中:,应按下式计算： 计算管段设计秒流量（L/s）； 计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率（%） 计算

6、管段的卫生器具给水当量总数。,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量,式中:,给水当量,卫生器具当量(fixture unit)： 以某一卫生器具流量（给水流量或排水流量）值为基数，其它卫生器具的流量（给水流量或排水流量）值与其的比值。 当量简单的来说就是与一个指定值相当的量。 1个给水当量：污水盆用的一个截止阀或配水龙头在流出水压为20Kp时全开的流量为0.2L/s作为一个给水当量。一个当量：洗涤盆，额定流量0.2l/s 1个排水当量：通常将一个污水盆的排水量0.33L/s作为一个排水当量值。,计算步骤： 1. 根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系

7、数，计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量, 生活给水管道最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（%）； 最高用水日用水定额按表4-1取用； 每户用水人数； 小时变化系数按表4-1取用；,式中:,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量, 每户设置的卫生器具给水当量数； 用水时数（h）； 一个卫生器具给水当量额定流（L/s）。 采用概率法进行计算时，生活给水管道最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率的计算是关键，为了使的计算值不致偏差过大，设计手册列出了住宅的卫生器具给水当量最大用水时

8、平均出流概率值，供参考。,2. 根据计算管段上的卫生器具给水当量总数计算 得出该管段的卫生器具给水当量的同时出流概率 ： 计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率； 对应于不同的系数，查表4-6选用； 每户设置的卫生器具给水当量数；,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量,式中:,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量,3. 根据计算管段的卫生器具给水当量同时出流概 率，即可应用 上式计算，得出计算管段的设计秒流量 值。,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量,4. 当给水干管连接有两条或两条以上给水支管， 而各个给水支管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率具有不同的

9、数值时，该给水干管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率应按加权平均法计算： 给水干管最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率；,1.5.2 住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量, 支管的最高用水时卫生器具给水当量平均出流概率； 相应支管的卫生器具给水当量总数。 上式只适用于枝状管道中，各支管的最大用水时发生在同一时段的给水管道。而对最大用水时并不发生在同一时段的给水管段，应将设计秒流量最小的支管的平均用水时平均秒流量与设计秒流量大的支管的设计秒流量叠加成干管的设计秒流量。,集体宿舍、旅馆、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、 养老院、办公楼、商场、客运站、会展中心、中 小学教学楼、公共厕所等建筑的生活

10、给水设计秒 流量计算公式： 计算管段中的设计秒流量（L/s）； 计算管段上的卫生器具当量总数； 根据建筑物用途而定的系数，按表选用。,建筑内部给水管网的水力计算的内容： 计算给水管网系统中各管段的管经 d、 计算各管段通过设计秒流量时所造成的水头损失h，根据每段的水头损失h，求整个管网系统所需水压 H，复核市政给水管网的水压能否满足系统最不利配水点所需要的水压，根据计算压力选择水泵、水箱或气压水罐等加压设备并确定所需扬程安装位置和安装高度等。管道的计算是在完成管道布置，绘出管道系统轴侧图以后，根据用水龙头等用水配件的布置，轴侧图中的管道位置，管轴线标高等进行计算 。,1.5.1 确定管径,根据

11、建筑物性质和卫生器具当量数来计算各管段的设计秒流量，根据流量计算公式，已知流速、流量，即可确定管径： 计算管段的设计秒流量m3/s ； 计算管段内的流速，m/s； 计算管段的管径 m。,给水管网中的水头损失包括沿程水头损失和局部水 头损失以及水表的水头损失等 。 1. 沿程水头损失计算 根据水力学基本原理，管段的沿程水头损失可按水 力坡降进行计算，公式如下 ： 管段的沿程水头损失 kPa或 mmH20； 计算管段长度，； 水力坡降，即管道单位长度水头损失，kPa/m。,1.5.2 给水管网的水头损失计算,给水管道单位长度水头损失应按下式计算： 水力坡降，即管道单位长度水头损失，kPam； 管段

12、计算内径，（m） 给水管段设计流量，（m3/s）； 海澄威廉系数。,1.5.2 给水管网的水头损失计算,1.5.2 给水管网的水头损失计算,实际工程设计时，计算量比较大，一般可以直接使用根据上述公式编制而成的管道的水力计算表，即根据管段的设计秒流量qg ，控制流速U在正常范围内，在表中查出管径d和单位长度的水头损失 i 。 如 “ 给水钢管水力计算表”见手册附录、 “给水铸铁管水力计算表”见手册附录、 “给水塑料管水力计算表”见手册附录等。,2. 局部水头损失计算 沿流动方向局部零件下游的流速（m/s）； 管段的局部水头损失之和，（kPa或mmH20）； 管段局部阻力系数； 重力加速度，（m/

13、s2)。,1.5.2 给水管网的水头损失计算,1.5.2 给水管网的水头损失计算,由于室内给水管网中的局部配件比较多，如阀门、 弯头、三通等，局部阻力系数各不相同，实际工程设计时，将每一种局部水头损失折算成相应的沿程水头损失的百分数进行计算，即按当量长度计算。 总水头损失 = hj + hf,1.5.2 给水管网的水头损失计算,3. 水表水头损失计算 水表水头损失数值与水表的型号、口径等有关，因此设计时，首先根据工作环境选择水表的类型，根据通过水表的设计流量确定水表的口径，然后才能计算水表的水头损失 。 （1）水表的选择 水表的类型应根据安装水表的管段上，通过水流的水质、水量、水压、水的温度以

14、及水量的变化等情况选定。一般分户水表多选用旋翼式湿式水表，建筑物总引入管上的水表多选用螺翼式湿式水表。,1.5.2 给水管网的水头损失计算,水表的口径根据通过水表的设计流量来选择，一般原则是： 用水量比较均匀时，应保证安装水表的管段上设计 秒流量（不包括消防流量) 不大于水表的公称流量，因为公称流量是水表允许在相当长的时间内，通过的流量； 用水量不均匀的给水系统，可以按设计秒流量不大于水表的最大流量确定水表的口径；,1.5.2 给水管网的水头损失计算,生活或生产用水不均匀，而且连续高峰用水负荷昼夜不超过3h时，可以按给水设计最大小时流量（不包括消防流量）不超过水表最大流量，而超过水表额定流量来

15、确定水表口径，并按表4-10的规定复核水表的水头损失；住宅大便器如采用自闭式冲洗阀时，分户水表的口径一般不小于20mm；平均小时流量的68%（不包括消防流量）应大于水表的最小流量。,3. 水表的水头损失 计算管段的设计秒流量，(m3/h)； 水表的水头损失，（kPa）； 水表的特性系数，一般由生产厂提供，也可按式计算。,1.5.2 给水管网的水头损失计算,1.5.2 给水管网的水头损失计算,旋翼式水表和螺翼式水表 ： q max. 为各类水表的最大流量，m3/h； q max.s 螺翼式水表的最大流量，m3/h； q max.L 旋翼式水表的最大流量，m3/h。,1.5.2 给水管网的水头损失

16、计算,水表水头损失的复核： 水表水头损失的规定值。对于生活消防共用系统，加上消防流量时，也不应超过规定水表水头损失值。即应满足下表中的规定。,给水系统所需压力应为： 最不利供水点所需的静高差加最不利管道系统的所有的水头损失，按(2-2-1)式进行计算： （kPa或mH2O）,1.5.3 求给水系统所需压力,1.5.3 求给水系统所需压力,H：总水压,H2：管路水损 H3：水表水损,H4：流出水头 H5：富裕水头,（图3-1）,H1：最高最远配水点与室外引入管起点的标高差,1.5.4 水力计算方法和步骤,根据室内给水系统的设计程序，首先确定给水方式，根据所选择的给水方式，进行管网系统的布置，并绘

17、制设计草图，包括给水排水平面图和系统图等。然后以设计草图作为水力计算的依据。,1.5.4 水力计算方法和步骤,1.5.4 水力计算方法和步骤,水力计算的基本步骤： 选择最不利配水点，确定计算管路； 根据卫生器具的当量数计算各个管段的设计秒流量； 根据设计秒流量和各管段的控制流速，查水力计算表； 确定各管段的管径 d 和单位管长的水头损失 i ； 计算最不利管路的总水头损失； 选择水泵或其他加压贮水设备并确定设备安装高度等参数。,建筑内部热水供应系统,热水供应系统的分类、组成和供水方式,热水供应系统的分类、组成和供水方式 热水供应系统的分类,局部热水供应系统、 集中热水供应系统、 区域热水供应系

18、统。,建筑内部热水供应系统按热水供应范围，可分为：,采用小型加热器在用水场所就地加热，供局部范围内一个或几个配水点使用的热水系统称局部热水供应系统。,1、局部热水供应系统,4.1.1 热水供应系统的分类,7.1 热水供应系统的分类、组成和供水方式 7.1.1 热水供应系统的分类,例如，采用小型燃气热水器、电热水器、太阳能热水器等，供给单个厨房、浴室、生活间等用水。对于大型建筑，也可以采用很多局部热水供应系统分别对各个用水场所供应热水。,热水输送管道短，热损失小；设备、系统简单，造价低；维护管理方便、灵活；改建、增设较容易。,4.1.1 热水供应系统的分类,热水用量较小且较分散的建筑，如一般单元

19、式居住建筑，小型饮食店、理发馆、医院、诊所等公共建筑和车间卫生间布置较分散的工业建筑。,适用于：,小型加热器热效率低，制水成本较高；使用不够方便舒适；每个用水场所均需设置加热装置，占用建筑总面积较大。,缺点：,4.1.1 热水供应系统的分类,在锅炉房、热交换站或加热间将水集中加热后，通过热水管网输送到整幢或几幢建筑的热水系统称集中热水供应系统。,2集中热水供应系统,4.1.1 热水供应系统的分类,加热和其他设备集中设置，便于集中维护管理；加热设备热效率较高，热水成本较低；各热水使用场所不必设置加热装置，占用总建筑面积较少；使用较为方便舒适。,设备、系统较复杂，建筑投资较大；需要有专门维护管理人

20、员；管网较长，热损失较大；一旦建成后，改建、扩建较困难。,4.1.1 热水供应系统的分类,热水用量较大，用水点比较集中的建筑，如标准较高的居住建筑、旅馆、公共浴室、医院、疗养院、体育馆、游泳池、大型饭店等公共建筑，布置较集中的工业企业建筑等。,4.1.1 热水供应系统的分类,在热电厂、区域性锅炉房或热交换站将水集中加热后，通过市政热力管网输送至整个建筑群、居民区、城市街坊或整个工业企业的热水系统称区域热水供应系统。,3区域热水供应系统,4.1.1 热水供应系统的分类,如：城市热力网水质符合用水要求，热力网工况允许时，也可从热力网直接取水。,便于集中统一维护管理和热能的综合利用；有利于减少环境污

21、染；设备热效率和自动化程度较高；热水成本低，设备总容量小，占用总面积少；使用方便舒适，保证率高。,4.1.2 热水供应系统的组成,建筑布置较集中，热水用量较大的城市和工业企业，目前在国外特别是发达国家中应用较多。,设备、系统复杂，建设投资高；需要较高的维护管理水平；改建、扩建困难。,室内集中热水供应系统主要由部分组成： .热媒系统（第一循环系统） .热水供应系统（第二循环系统） .附件,7.1.2 热水供应系统的组成,热水供应系统的组成因建筑类型和规模、热源情况、用水要求、加热和贮存设备的供应情况、建筑对美观和安静的要求等不同情况而异。,4.1.2 热水供应系统的组成,热媒系统由热源、水加热器

22、和热媒管网组成。,由锅炉生产的蒸汽（或高温热水）通过热媒管网送到水加热器加热冷水，经过热交换蒸汽变成冷凝水，靠余压经疏水器流到冷凝水池，冷凝水和新补充的软化水经冷凝水循环泵再送回锅炉加热为蒸汽，如此循环完成热的传递作用。,1热媒系统（第一循环系统）,4.1.2 热水供应系统的组成,换热器是热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分几大类即： (1)表面式换热器 :表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。 (2)蓄热式换热器 :通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传

23、递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。,4.1.2 热水供应系统的组成,(3)、直接混合式： 冷热流体直接接触进行换热。如：凉水塔,气体冷凝器 等,4.1.2 热水供应系统的组成,凝汽器,4.1.2 热水供应系统的组成,4.1.2 热水供应系统的组成,蓄热式换热器,4.1.2 热水供应系统的组成,4.1.2 热水供应系统的组成,对于区域性热水系统不需设置锅炉，水加热器的热媒管道和冷凝水管道直接与热力网连接。,4.1.2 热水供应系统的组成,热媒循环（第一循环）,图4-1 热媒为蒸汽的集中热水系统,4.1.2 热水供应系统的组成

24、,4.1.2 热水供应系统的组成,热水供水系统由热水配水管网和回水管网组成。被加热到一定温度的热水，从水加热器输出经配水管网送至各个热水配水点，而水加热器的冷水由高位水箱或给水管网补给。为保证各用水点随时都有规定水温的热水，在立管和水平干管甚至支管设置回水管，使一定量的热水经过循环水泵流回水加热器以补充管网所散失的热量。,2热水供水系统（第二循环系统）,热水循环（第二循环）,7.1 热水供应系统的分类、组成和供水方式 7.1.2 热水供应系统的组成,蒸汽、热水的控制附件及管道的连接附件，如温度自动调节器、疏水器、减压阀、安全阀、自动排气阀、膨胀罐、管道伸缩器、闸阀、水嘴等。,7.1 热水供应系

25、统的分类、组成和供水方式 7.1.2 热水供应系统的组成,包括：,3附件,7.1 热水供应系统的分类、组成和供水方式,也称一次换热，是利用以燃气、燃油、燃煤为燃料的热水锅炉，把冷水直接加热到所需热水温度，或者是将蒸汽或高温水通过穿孔管或喷射器直接通入冷水混合制备热水。,7.1.3 热水供应系统的供水方式,直接加热,1按热水加热方式的不同，有直接加热和间接加热之分.,4.1.3 热水供应系统的供水方式,优点:具有热效率高、节能的特点；蒸汽直接加热方式具有设备简单、热效率高、无需冷凝水管的优点。,缺点:存在噪声大，对蒸汽质量要求高，冷凝水不能回收，热源需大量经水质处理的补充水，运行费用高等缺点。,

26、4.1.3 热水供应系统的供水方式,具有合格的蒸汽热媒、且对噪声无严格要求的公共浴室、洗衣房、工矿企业等用户。,适用于,4.1.3 热水供应系统的供水方式,图4-2 加热方式,热水锅炉直接加热,蒸汽多孔管直接加热,蒸汽喷射器混合直接加热,4.1.3 热水供应系统的供水方式,也称二次换热，是将热媒通过水加热器把热量传递给冷水达到加热冷水的目的，在加热过程中热媒（如蒸汽）与被加热水不直接接触。 优点： 回收的冷凝水可重复利用，只需对少量补充水进行软化处理，运行费用低，且加热时不产生噪声，蒸汽不会对热水产生污染，供水安全稳定。,间接加热,4.1.3 热水供应系统的供水方式,要求供水稳定、安全，噪声要

27、求低的旅馆、住宅、医院、办公楼等建筑。,适用于,4.1.3 热水供应系统的供水方式,(e)蒸汽-水加热器间接加热,(d)热水锅炉间接加热,4.1.3 热水供应系统的供水方式,开式热水供水方式，即在所有配水点关闭后，系统内的水仍与大气相通。 该方式一般在管网顶部设有高位冷水箱和膨胀管或高位开式加热水箱，系统内的水压仅取决于水箱的设置高度，而不受室外给水管网水压波动的影响，可保证系统水压稳定和供水安全可靠。,开 式,2按热水管网的压力工况，可分为开式和闭式两类。,4.1.3 热水供应系统的供水方式,缺点是：高位水箱占用建筑空间和开式水箱易受外界污染。,适用于：用户要求水压稳定，且允许设高位水箱的热

28、水系统。,图4-3 开式热水供应系统,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,闭式热水供水方式，即在所有配水点关闭后，整个系统与大气隔绝，形成密闭系统 。,该方式中应采用设有安全阀的承压水加热器，有条件时还应考虑设置压力膨胀罐，以确保系统安全运转。,闭 式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,优缺点： 具有管路简单、水质不易受外界污染的优点，但供水水压稳定性较差，安全可靠性较差，适用于不宜设置高位水箱的热水供应系统。,4.1.3 热水供应系统的供水方式,图4-4 闭式热水供应系统,4.1.3 热水供应系统的供水方式,全循环供水方式，是指热水干管、热水立管和热水支

29、管都设置相应循环管道，保持热水循环，各配水嘴随时打开均能提供符合设计水温要求的热水。该方式用于对热水供应要求比较高的建筑中，如高级宾馆、饭店、高级住宅等。,全循环,3按热水管网设置循环管网的方式不同，有全 循环、半循环、无循环热水供水方式之分。,图47-5 (a)全循环,冷水箱,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,半循环供水方式，又有立管循环和干管循环分。,立管循环方式是指热水干管和热水立管均设置循环管道，保持热水循环，打开配水嘴时只需放掉热水支管中少量的存水，就能获得规定水温的热水。 该方式多用于设有全日供应热水的建筑和设有定时供应热水的高层建筑中,半循环

30、,图4-5 (b)半循环：立管循环方式,冷水箱,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,干管循环方式是指仅热水干管设置循环管道，保持热水循环，多用于采用定时供应热水的建筑中。 在热水供应前，先用循环泵把干管中已冷却的存水循环加热，当打开配水嘴时只需放掉立管和支管内的冷水就可流出符合要求的热水。,半循环,半循环：干管循环方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,无循环供水方式，是指在热水管网中不设任何循环管道。 对于热水供应系统较小、使用要求不高的定时热水供应系统，如公共浴室、洗衣房等可采用此方式。,不循环,图4-5(d)不循环

31、热水供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,全天循环方式，即全天任何时刻，管网中都维持有不低于循环流量的流量，使设计管段的水温在任何时刻都保持不低于设计温度。,全天循环,4按热水管网运行方式不同，可分为 全天循环方式和定时循环方式。,4.1.3 热水供应系统的供水方式,即利用水泵强制水在热水管网内循环，造成一定的循环流量，以补偿管网热损失，维持一定的水温。 目前实际运行的热水供应系统，多数采用这种循环方式。,机械循环,5按热水管网采用的循环动力不同，可分为自然循环方式和机械循环方式。,定时循环方式，即在集中使用热水前，利用水泵和回水管道使管网中已经冷却

32、的水强制循环加热，在热水管道中的热水达到规定温度后再开始使用的循环方式。,定时循环,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,自然循环方式，即利用热水管网中配水管和回水管内的温度差所形成的自然循环作用水头（自然压力），使管网内维持一定的循环流量，以补偿热损失，保持一定的供水温度。 因一般配水管与回水管内的水温差仅为510，自然循环作用水头值很小，所以实际使用自然循环的很少，尤其对于中、大型建筑采用自然循环有一定的困难。,自然循环,4.1.3 热水供应系统的供水方式,6按热水配水管网水平干管的位置不同，可分为下行上给供水方式和上行下给供水方式。,蒸汽间接加热机械强制

33、全循环干管下行上给的热水供水方式，适用于全天供应热水的大型公共建筑或工业建筑。,下行上给,热水锅炉直接加热机械强制半循环干管下行上给的热水供水方式，适用于定时供应热水的公共建筑。,4.1.3 热水供应系统的供水方式,4.1.3 热水供应系统的供水方式,为蒸汽直接加热干管上行下给不循环供水方式，适用于工矿企业的公共建筑、公共洗衣房等场所。,上行下给,4.1.3 热水供应系统的供水方式,图4-7 直接加热上行下给方式,选用何种热水供水方式，应根据建筑物用途，热源供给情况、热水用量和卫生器具的布置情况进行技术和经济比较后确定。 在实际应用时,常将上述各种方式按照具体情况进行组合,4.1.3 热水供应

34、系统的供水方式,一、流体的定义:流动的物体,流体和固体的区别: 1. 从力学分析的角度上看,在于它们对外力抵抗的能力不同。 2.流体没有固定的形状，只能随其容积的形状而定。,固体：既能承受压力，也能承受拉力，能抵抗拉伸变形。 流体：只能承受压力，一般不能承受拉力，不能抵抗拉伸变形。,流体和气体的区别: 1. 流动性的大小：气体比液体流动性要大，主要是因为分子间距不同。 2.可压缩性：气体的压缩性高于液体。在研究低速气体流动规律时，可将气体视为不可压缩流体处理，在研究气体的高速流动时，必须考虑气体的压缩性。,二、连续介质假设 一般可把流体的运动看成是以大量分子集团为单位进行运动的，把这种分子集团

35、称为质点，质点与质点之间无间隙。把由不连续分子组成的流体看成由连续质点组成的流体，这就是连续介质假设。,注意：连续介质的概念具有相对性。当我们所研究物体的特征尺寸与质点的尺寸同量级时，连续介质假设就不适用了。,第四节 作用在流体上的力,表面力：是指作用在所研究流体外表面上与表面积大小成正比的力。用应力表示。,研究中常把应力分为切向应力和法向应力。 切向力：液体相对流动时因粘性内摩擦而产生的。,理想（静止）流体中一点处的应力 理想（静止）流体中没有切应力 ，只承受压力 ，不能承受拉力。表面力只有法向压应力p,静止液体中法向应力沿着流体表面的内法线方向成为压力，又称为压强。 表面张力：表面力的一种

36、，是作用在液体自由表面 沿作用面法向的拉力。,质量力（体积力）：质量力是某种力场作用在全部流体质点上的力，其大小和流体的质量或体积成正比，故称为质量力或体积力。,单位质量质量力：,质量力的合力：,重力场中：,第五节 流体的主要物理性质,一、 流体的密度 相对密度 比容,密度 ： 均质流体 比容 密度的倒数 相对密度,密度单位体内流体所具有的质量表征流体在空间的密集程度。,式中 流体的密度（kg/m ）； 4时水的密度（kg/m ）。,二、 流体的压缩性和膨胀性,流体的压缩性 在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数，其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。 定义式

37、： 体积弹性模量 其值越大，流体越不容易压缩，反之，就容易压缩。,可压缩流体和不可压缩流体 气体和液体都是可压缩的，通常将气体视为可压缩流体，液体视为不可压缩流体。 水下爆炸：水也要视为可压缩流体；当气体流速比较低时也可以视为不可压缩流体。,流体的膨胀性 当压强一定时，流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性，膨胀性的大小用温度膨胀系数来表示。,膨胀性系数 式中 或 为温度增量； 为相应的体积变化率。由于温度升高体积膨胀，故二者同号，单位为1/K或1/。,流体的粘性：流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏性。流体内摩擦的概念最早由牛顿（I.Newton,1687，）提出。由库仑（CACou

38、lomb,1784，）用实验得到证实。,三 流体的粘性,库仑把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的粘性作用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。库仑分别测量了普通板、涂腊板和细沙板，三种圆板的衰减时间。,三种圆板的衰减时间均相等。库仑得出结论: 衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦 ，而是液体内部的摩擦 。,牛顿内摩擦定律,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与速度梯度成正比”。,上式称为牛顿粘性定律。 T：内摩擦力；A：接触面积；dv/dz：速度梯度；u：动力粘度（粘性系数）。 其物理

39、意义为：流体内摩擦力的大小与流体的速度梯度和接触面积大小成正比，并且与流体的性质，粘性有关。,粘 度,的全称为动力粘度,根据牛顿粘性定律可得.,粘度的单位在SI制中是帕秒（Pas),工程中常常用到运动粘度用下式表示 单位:(m2/s),一般仅随温度变化，液体温度升高粘度增大，气体温度升高粘度减小。,粘性流体和理想流体,实际流体（粘性流体） 实际中的流体都具有粘性，因为都是由分子组成，都存在分子间的引力和分子的热运动，故都具有粘性，所以，粘性流体也称实际流体。 理想流体 假想没有黏性的流体。 具有实际意义： 由于实际流体存在粘性使问题的研究和分析非常复杂，甚至难以进行，为简化起见，引入理想流体的

40、概念。 一些情况下基本上符合粘性不大的实际流体的运动规律，可用来描述实际流体的运动规律，如空气绕流圆柱体时，边界层以外的势流就可以用理想流体的理论进行描述。 还由于一些粘性流体力学的问题往往是根据理想流体力学的理论进行分析和研究的。再者，在有些问题中流体的粘性显示不出来，如均匀流动、流体静止状态，这时实际流体可以看成理想流体。所以建立理想流体模型具有非常重要的实际意义。,牛顿流体和非牛顿流体,牛顿流体: 剪应力和变形速率满足线性关系。图中A所示。 非牛顿流体：剪切应力和变形速率之间不满足线性关系的流体。 图中B、C、D均属非牛顿流体。,表面张力,表面张力是液体分子间吸引力的宏观表现。表面张力沿

41、表面切向并与界线垂直。,液体的表面张力计算公式为： J :表示表面张力； :表示张力系数；自由表面上单位长度的流体所受到的作用力,:表示长度。,流体静压强及特性,当流体处于平衡或相对平衡状态时,作用在流体上的应力只有法向应力而没有切向应力,流体作用面上负的法向应力就是静压强,流体静压强的两个特性,特性一：流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向,特性一：流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向,特性一：流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向,流体静力学,特性二：静压强与作用面在空间的方位无关，只是坐标点的连续可微函数,流体的平衡微分方程式,适用范围：可压缩、不可压缩流体 静止、相对静止状态流

42、体,等压面 在流体中连接压强相等的点组成的面,压强差公式,微分形式的等压面方程,2）在平衡的流体中，通过每一质点的等压面必与该点所受的质量力相垂直。,1）等压面就是等势面,3）两种互不相混的流体，当他们处于平衡状态时，其分界面必为等压面。,等压面的性质：,对于分装在互不连通的两个容器内的流体（不满足连续性），以及虽装在同一容器中但密度不同（不满足均质）的流体，不能应用。, 重力作用下的连续均质平衡流体平衡方程,z0-z为任意一点的垂直液体深度，又称淹深，以h表示，则：,绝对压强：以完全真空为基准计量的压强 计示压强：以当地大气压强为基准计量的压强 真空度：当被测流体的绝对压强低于大气压强时，测

43、得的计示压强为负值，此时，流体处于真空状态,用液柱高度表示,物理意义,单位重量流体的位势能,单位重量流体的压强势能,之和为总势能,流体静力学基本方程,结论： 1）重力作用下的均质流体内部的压强随深度按线性变化，其斜率大小由密度决定； 2）在深度h相同的点压强相等，故在重力作用下均质绝对静止的流体中，等压面为一簇水平面。,绝对压强：以完全真空为基准计量的压强 计示压强：以当地大气压强为基准计量的压强 真空：当被测流体的绝对压强低于大气压强时，测得的计示压强为负值，此时，流体处于真空状态,度量压强的大小时，法定单位Pa，在重力场中压强的单位往往用液柱的高度来表示。 压强的表示方式有绝对压强、记示压

44、强和真空度。,绝对压强 计示压强 真空,用液柱高度表示,压强的单位及其换算表,工程大气压= 标准大气压,真空,绝对压强,计示压强,绝对压强,绝对压强、计示压强和真空之间的关系,1 流体静压强的传递,由流体静力学基本公式可得：在给定某种液体中，任意点上的压强取决于表面压强和该点的深度。,如图所示，液体表面压强,流体静压强的传递、流体测压计原理,液体中任意点的压强,当F增大或减小而液体仍处于平衡时，液体内部任意点的压强也随之增加或较小。即：在平衡液体中，作用在液体部分边界上的外力所产生的压强将等值均匀的传递给液体中的每一点，这也就是著名的帕斯卡定律。,工程中很多的流体机械（如液压传动等）是根据液体

45、压强传递的原理设计的。,水压机、千斤顶和各种增力器就是基于这样的原理制成的。,2 液体测压计原理,1）测压管,结构最简单的液柱式测压计,为了减小毛细现象的影响,玻璃管直径一般不小于10cm，管的一侧与大气相通。,这种测压管结构简单、准确，但不能测量较高的压强。,1-2截面以下相同液体，所以1-2截面为等压面，即：,2）U形管测压计,也要考虑毛细现象的影响,管径的要求和测压管相同,压强量程比测压管大得多,被测流体的密度 U形管中工作液体的密度,测压管是一个连通器，工作液体一般采用水、酒精或水银。,一般用来测量气体中某一处的压强，气体的重度较液体小的多，若忽略不计则,3）测量压差,U形管测压计还可

46、用来测量流体的压强差,容器中1，2点的位置压强相等,两个容器中流体的密度 U形管中工作液体的密度,4）倾斜式微压计,测量微小的压差，可提高测量精度。,解,由等压面的关系知,例如图所示，一倒置的形管，其工作液体为油， 下部为水已知 ，求两容器中的压强差。,例：如图一压强测试装置，活塞直径d=35mm，重15N，油的密度1=920kg/m3，水银的密度2=13600kg/m3 ，若不计活塞的摩擦和泄漏，试计算活塞底面和形管中水银液面的高度差h=0.7m时，形管中两水银液面的高度差。,解,活塞重量使其底面产生的压强为,等压面方程,解得,3,例 图所示，已知,解,图中1-1,2-2和3-3均为等压面,

47、根据流体静压强计算公式,可以逐个写出每一点的静压强,分别为,将上式逐个代入下一个式子,求A B两点的压强差,整理后得A,B两点的压强差,式中：,解,在F1,F2作用下,活塞底面产生的压强分别为,图中a-a为等压面,题目中给出的第一个圆筒上部是计示压强,所以第二个圆筒上部的大气压强不必考虑，列等压面方程,解上式得,液体作用在平面上的总压力,静止流体作用在固体壁面上的总压力,液体作用在平面上的总压力等于平面形心处的静压强与平面面积的乘积。,总压力的作用点（总压力的作用线和平面的交点 称压力中心）,P0=0时,解,对于闸门左侧,根据公式,同理对于闸门的右侧可得,两侧压力的合力为,显然合力作用点x坐标为,合力F的方向向右,设合力F的作用点距左边液面的距离为yD,根据合力矩定理,对o点取距,则有,（1）水平分力,（2）垂直分力,Vp为曲面ab和自由液面或者其延长面所包容的体积，称为压力体,液体作用在曲面上的总压力,（3）总压力的大小和作用点,压力体,曲面和自由液面或者自由液面的延长面包容的体积,实压力体：压力体充满液体,虚压力体：压力体中没有液体,复杂曲面的