第一章-室外给水排水工程讲解课件.ppt

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1、,建筑设备,学习本课程的要求,1,、必须掌握：,建筑给水排水工程设计,的,设计原理、设计计,算方法、施工安装方面的基本理论知识以及相关,技术；掌握供暖、通风、空调、供配电和安全用,电的基本知识。必须有工程流体力学、热工学、,物理化学，以及水泵与水泵站、给水工程、污水,处理等相关知识。,2,、能力要求：,能够独立完成简单的建筑给水排水系统的设,计方案、设计计算、以识读工程施工图。,3,、其它：,考勤和作业占,50%,、课堂考试占,50%,。,建筑设备,主要内容,1,、建筑设备内容包括：,室内给水、排水、消防、采暖、,通风、空调，,以及配电和安全用电等。,2,、建筑物：,建筑、结构、设备三者的综合

2、体。,3,、建筑给水排水工程：,介绍建筑内部生活给水、消防给水、生活排,水、屋面雨水排水、热水供应、饮水供应、以及,建筑中水系统、游泳池给水系统等建筑给水排水,工程的基本理论、设计原则、设计计算方法等方,面的知识。,课时安排,?,第一章,流体力学基本知识和室外给排水工程,(,共,2,学时,),?,第二章,管材与附件,(,共,2,学时,),?,第三章,建筑给水工程,(,共,4,学时,),?,第四章,建筑消防给水系统,(,共,4,学时,),?,第五章,建筑排水工程,(,共,6,学时,),?,第六章,建筑给排水工程图纸识别,(,共,2,学时,),?,第七章,供暖系统,(,共,2,学时,),?,第八章

3、,通风系统,(2,学时,),?,第九章,空气调节,(,共,2,学时,),?,第十章,建筑供配电系统,(,共,2,学时,),?,第十一章,电气照明,(,共,2,学时,),?,第十二章,安全用电与建筑防雷（共,2,学时）,流体力学的基础知识,?,力学性质,?,静力学,?,动力学,?,阻力和能力损失,（一）力学性质,不能承受拉力，也不能承受剪切力；可承,受较大压力。,（,1,）,惯性,流体和其它固体物质一样都具有惯性。,流体的密度，即：,=m/V,式中,：,一流体的密度，,kg/m,3,；,m,一流体的质量，,kg,；,V,一流体的体积，,m,3,。,重力密度：单位体积的流体所受的重力，简称重度。,

4、=G/V,式中：,流体的重度，,N/m,3,；,G,流体所受的重力，,N,；,V,一流体的体积，,m,3,。,=G/V=mg/V=g,式中：,g,重力加速度，,g=9.807 m/s,2,。,流体的密度和重度随其,温度和所受压力,的变化,而变化。实际工程中，,液体,的密度和重度可视为一,固定值；而,气体,的密度和重度随温度和压力的变化,而变化的数值较大，设计计算中通常不能视为一固,定值。,常用流体的密度和重度如下：,水在标准大气压，温度为,4,o,C,时密度和重度分别,为：,=1000 kg/m,3,，,=9.807 kN/m,3,水银在标准大气压，温度为,0,时其密度和重度,是水的,13.6

5、,倍。,干空气在标准大气压，温度为,20,o,C,时密度和重,度分别为：,=1.2 kg/m,3,，,=11.82 N/m,3,（,2,）,粘滞性,（,2,）,粘滞性,流体在运动时，由于内摩擦力的作用，使流,体具有抵抗相对变形,(,运动,),的性质，称为流体的,粘滞性。,用流速仪可测得流体管道中某一断面的流速,分布。,：动力粘性系数,式中：,流体的内摩擦力（粘性切应力）；,du/dy,流体的速度梯度。,?,：运动粘性系数：,流体的密度。,流体的粘滞性还与流体的,温度和所受压力,有关，,受温度影响大，受压力影响小。,其中：水的粘滞性随温度的增高而减小，而空气,的粘滞性却随温度的增高而增大,dy,

6、du,?,?,?,?,?,?,v,（,3,）压缩性和热胀性,压缩性：流体的压强增大，体积缩小，密度,增大的性质。,热胀性：流体温度升高，体积增大，密度减,小的性质。,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。但在研究有压管路中水击现象和热水,供热系统时，就要分别考虑水的压缩性和热胀性。,气体具有显著的压缩性和热胀性,。但在采暖,与通风工程中，气体大多流速较低,(,远小于音速,),，,压强与温度变化不大，密度变化也很小，因而也,可以把气体看成是不可压缩的。,（,4,）表面张力,表面张力,：由于流体分子之间的吸引力，在,流体的表面上能够承受极

7、其微小的张力。,表面张力不仅在液体表面上，在液体与固体,的接触周界面上也有张力。,毛细现象,：由于表面张力的作用，如果把两,端开口的玻璃管竖在液体中，液体会在细管中上,升或下降一定高度。,表面张力的大小可用表面张力系数,表示，,单位是,N/m,。,故有：,式中：,液体的容重；,r,一玻璃管内径；,一液体的表面张力系数。,如果把玻璃管垂直竖立在水中，则有下式：,h=15/r,?,?,?,?,?,cos,2,2,r,h,r,?,?,?,?,?,?,cos,?,h,（二）流体静力学,1.,静压强,在一容器的静止水中，取出小水体,I,作为隔离体,来进行研究。为保持其静止,(,平衡,),状态，周围水体对

8、,隔离体有压力作用。设作用于隔离体表面某一微小面,积,w,上的总压力是,P,，则,w,叫面积上的平均压强,为,P=,P/,w,当所取的面积无限缩小为一点时，即,w,0,，,则平均压强的极限值为：,流体的静压强,流体静压强具有基本特性：,(1),静压强的方向指向受压面，并与受压面垂直；,(2),流体内任一点的静压强在各个方向面上的值均,相等。,2.,静压强的分布规律,在静止液体中任取一垂直小圆柱作为隔离体，,研究其底面点的静压强。,圆柱体侧面上的静水压力：方向与轴向垂直，,而且是对称的，故相互平衡。,圆柱体轴向的作用力：,上表面压力,P0=p0,w,，,；下底面静压力,P=p,w,，,；圆柱体的

9、重力,G=h,w,，,。,根据圆柱体静止状态的平衡条件，可得圆柱体轴,向的力的平衡方程，即,0,0,?,?,?,?,?,?,w,p,w,h,w,p,?,整理得静力学基本方程式,:,式中：,p,静止流体中任一点的压强，,N/m,2,；,p0,液体表面压强，,N/m,2,；,液体的重度，,N/m,3,；,h,所研究的点在液面下的深度，,m,。,h,p,p,?,?,?,0,?,静止液体内任意一点的压强等于液面压强加上,液体重度与深度乘积之和。,?,在静止液体内，压强随深度按直线规律变化。,?,在静止液体内同一深度的点压强相等，构成一,个水平的等压面。,?,液面压强可等值地在静止液体内传递,设水箱水面

10、的压强为,p0,，在箱内的液体中任取,两点，在箱底以下任取一基准面,0-0,，箱内液面到,基准面的高度为,z,。,1,点和,2,点到基准面的高度分别为,z1,和,z2,，根据静水压强基本公式，可列出,1,点和,2,点,的压强表达式：,p1=p0+(z0,-,z1);p2=p0+(z0,-z2),将上等式的两边除以液体重度,并整理得：,z1+p1/=z0+p0/;z2+p2/=z0+p0/,进而得：,z1+p1/=z2+p2/=z0+p0/,由于,1,点和,2,点是在箱内液体中任取的，故可,推广到整个液体中得到具有普遍意义的规律，即,z+p/=c(,常数,),同一种静止液体中，任一点的,z+p/

11、,总是一个,常数，常数的值与基准面的位置选择及液面压强,值有关。,z,为任一点的位置相对于基准面的高度，称为,位置水头,；,p/,是在该点压强作用下液体沿测压管,所能上升的高度，称为,压强水头,；两水头相加,z+p/,称为,测压管水头,。,3.,压强的表示方法,绝对压强,以绝对真空为零点计算的压强称为,绝对压强，用,pj,表示。,相对压强,以大气压强,pa,为零点计算的压强称,为相对压强，用,p,表示。,在实际工程中，通常采用相对压强。相对压强,与绝对压强的关系为：,p=pj-pa,相对压强为正值称正压，可用压力表测出，也,称表压；相对压强为负值称为负压，通常用真空度,pk(,或真空压强,),

12、来表示流体的真空程度。即：,pk=pa-pj=-p,真空度,是指某点的绝对压强不足一个大气压强,的数值，可用真空表测出。,某点的真空度愈大，说明它的绝对压强愈小。,真空度的最大值为,pk=p0=98 kN/m,2,，即绝对压强为,零，处于完全真空状态；真空度的最小值为零时，,pk=0,，即在一个大气压强下，真空度在,pk=0,98,kN/m,2,的范围内变动。,压强的度量单位,单位面积的压力,：单位是,N/m,2,(,帕，,Pa),或,kN/m,2,(,千帕，,kPa),；,工程大气压,：,1,工程大气压,=98.07kPa,，在工程,单位制中，,1,工程大气压,=1kgf/cm2(,千克力,

13、/,厘米,2,),；,用液柱高度来表示,，单位是,mH,2,O(,米水柱,),、,mmHg(,毫米汞柱,),。,三种压强单位的关系是：,1,个工程大气压,10mH,2,O735.6mmHg,98kN/m,2,98000Pa,1,个标准大气压,=101.325 kPa=760 mmHg,【例题,1,】如图所示，一密闭水箱，箱内流体,表面的绝对压强,p0=78.4 kN/m,2,箱外的大气压,强,pa=98 kN/m,2,，求水深,1.5m,处,A,点的绝对压,强、相对压强和真空度，并用压强的三种单位,表示。,【解】根据静水压强基本方程式，,A,点的绝对压强为：,pja=p0+h,=78.4+9.

14、807,1.5=93.111(kN/m,2,),A,点的相对压强为：,pA=pja-pa=93.111-98=-4.889(kN/m,2,),因为,A,点的相对压强是负值，其真空度为：,pka=pa-pja=98-93.111=4.889(kN/m,2,),用工程大气压表示,A,点的压强：,pja=93.111/98=0.95,个工程大气压,pA=-4.889/98=-0.05,个工程大气压,pka=4.889/98=0.05,个工程大气压,用,mH,2,O,表示,A,点的压强：,因为,1,个工程大气压,=10mH,2,O,，则,A,点的压强可表示为：,pja=0.95,l0=9.5mH,2,

15、O,pA=-0.05,10=-0.5mH,2,O,pka=0.05,10=0.5mH,2,O,(,三,),流体动力学,1.,基本概念,(1),元流：流体运动时，流体中一微小面积形成的一,股流束称为元流。,(2),总流：流体运动时，无数元流的总和称为总流，。,(3),过流断面：与流体的运动方向垂直的流体横断面。,(4),流量：在单位时间内流体通过过流断面的体积或,质量。,(5),流速：在单位时间内流体移动所通过的距离。,元流与总流,过流断面,平均流速,：过流断面上各质点流速的平均值即平均,流速。,流体运动时，由于流体粘滞性的影响，过流断面上,的流速不等且一般不易确定，为便于分析和计算，在实,际工

16、程中通常采用平均流速。,流量、过流断面和流速三者之间应符合下面关系：,Q=w,v,式中：,Q,体积流量，,m,3,/s,；,v,平均流速，,m/s,；,w,过流断面，,m,2,。,断面流速,2.,类型,(1),有压流,：流体在压差作用下流动，流体各个过流,断面的整个周界都与固体壁面相接触，没有自由表,面，也称为,管流,。,(2),无压流,：流体在重力作用下流动，各个过流断面,的部分周界与固体壁面相接触，具有自由表面，又,称为,重力流,，或称为,明渠流,。如天然河道、明渠、,排水管中的水流都是无压流。,(3),恒定流,：流体运动时，流体中任一位置的,压强,、,流速,等运动要素不随时间变化。,(4

17、),非恒定流,：流体运动时，流体中任一位置的运动,要素如,压强、流速,等随时间变化而变化。,恒定流与非恒定流,（四）,流动阻力与能量损失,1.,形式,来源：流体内摩擦力，流体与固体边壁之间摩,擦阻力；固体边壁形状的变化产生的阻力。,能量损失或水头损失：单位质量的流体流动中,所消耗的机械能。,(1),沿程阻力和沿程水头损失,沿程阻力,：流体在长直管,(,或明渠,),中流动时，所,受到的摩擦力。,沿程水头损失,：为了克服沿程阻力，单位质量,的流体所消耗的机械能，常用,hf,来表示。,(2),局部阻力和局部水头损失,局部阻力,：流体的边界在局部地区发生急剧变,化时，迫使流体流速的大小和方向发生显著变

18、化，,甚至使主流脱离边壁形成漩涡，流体质点间产生剧,烈的碰撞，从而对流体运动形成了阻力。,局部水头损失,：为了克服局部阻力，单位质量,的流体所消耗的机械能，通常用,hj,表示。,在管径不变的直管段上，只有沿程水头损失,hf,，,在管道入口处和管道变径处以及弯头、闸门等水流,边界急剧改变处产生局部水头损失,hj,。,总水头损失,hw,：,hw=hf+hj,在给排水与采暖工程中，确定管路系统中流体,的水头损失是进行工程计算的重要内容之一，也是,对工程中有关的设备和管路中的管径进行选择的重,要依据。,2.,流态,流体在流动过程中，呈现出两种不同的流动形,态,层流和紊流。,层流,：流体在管内流动时，其

19、质点沿着与管轴,平行的方向作平滑直线运动。,过渡流,：层流和湍流的过渡状态,。,紊流,：当流速增加到很大时，流线不再清楚可,辨，流场中有许多小漩涡，又称湍流。,管中液流的流动形态,Re,：,雷诺数,，无因次量纲，用来判断流体的流,动形态。,式中：,Re,雷诺数,;,u,圆管中流体的平均流速，,m/s,；,d,圆管的直径，,m,；,?,流体的运动粘滞系数，,m,2,/s,。,对于圆管的有压管流：,Re,2100,时，流体为层,流形态；,Re,4000,时，流体为紊流形态。,?,?,?,ud,ud,R,e,?,?,对于明渠流，雷诺数按下式计算：,式中：,R,水力半径，,R=w/x,，其中,w,叫是

20、过流断,面面积，,x,是湿周，为流动的流体同固体边壁在过流,断面上接触的周边长度。,当,Re,500,时，明渠流为层流形态；,当,Re,2000,时，明渠流为紊流形态。,在建筑设备工程中，绝大多数的流体运动都处,于紊流形态。,?,?,?,uR,uR,R,e,?,?,3.,沿程水头损失和局部水头损失,Darcy-Weisbach,公式：,式中：,hf,沿程水头损失,，,m,；,沿程阻力系数,(,无因次量,),；,d,管径，,m,；,l,管长，,m,；,v,管中流体平均流速，,m/s,；,g,重力加速度，,m/s,2,。,沿程阻力系数,与流体的流动形态及固体边,壁的粗糙情况有关，其值通常采用经验公

21、式或查,用有关图表确定，也可通过实验来确定。,g,v,d,l,h,f,2,2,?,?,局部水头损失,：,式中：,hj,一局部水头损失，,m,；,局部阻力系数,(,无因次量,);,局部阻力系数,的取值多是根据管配件、,附件不同，由实验测出。各种局部阻力系数,值可查有关手册得到。,各管段的水头损失计算相叠加就得到了,整个管道的总水头损失。,g,v,h,j,2,2,?,?,4.,非圆管的沿程损失,如果把非圆管折合成圆管计算，那么前面讲述,的公式和图表等，也就适用于非圆管了。折合的方,法是通过建立非圆管的当量直径来实现的。,水力半径,R,：过流断面面积,A,和湿周,X,之比。,R=A/X,圆管的水力半

22、径：,R=A/X=(d,2,/4)/(d)=d/4,边长为,a,和,b,的矩形断面水力半径为：,R=A/x=ab/2(a+b),边长为,a,的正方形断面的水力半径为：,R=A/X=a,2,/4a=a/4,圆管当量直径的计算公式：,d,e,=4R,矩形管的当量直径为：,方形管的当量直径为,d,e,=a,用,de,代替,d,，计算沿程水力损失。,在实际工程中应尽可能减小阻力。减小阻力方,法：,(1),改进流体外部的边界，改善边壁对流动的影,响；,(2),在流体内部投加极少量的添加剂，使其影响,流体的内部结构来实现减阻。,?,?,b,a,ab,d,e,?,?,2,第,1,章,室外给水排水工程,?,1

23、.1,室外给水工程,?,1.1.1,室外给水系统的组成,（,1,）取水工程,?,取水工程包括水源和取水构筑物，其主要任务是,保证给水系统取得足够的水量并符合我国饮用水,水源的水质标准。,（,2,）净水工程,?,净水工程的任务就是对天然水质进行净化处理，,除去水中的悬浮物质、胶体、病菌和其他有害物,质，使水质达到我国卫生部生活饮用水水质标准,或工业生产用水水质标准要求。,?,（,3,）输配水工程,?,输配水工程的任务是将净化后的水输送到,用水地区并分配到各用水点。它包括输水,管、配水管网以及泵站、水塔与水池等调,节构筑物。,图,1.1,水净化流程图,集水井,一级泵站,(沉砂池),絮凝沉淀池,过滤

24、池,清 水 池,原水,用户,超越管,二级泵站,絮凝剂,消毒剂,给水水源分类：,给水水源,地表水,地下水,江,河,水,湖,泊,水,水,库,水,海,水,潜,水,自,流,水,泉,水,给水水源,?,潜水,：埋藏在地面下第一个隔水层上的,水叫潜水，主要靠雨水和河流等地表水,下渗补给。,?,自流水,：两个不透水层间的水叫层间水；,若层间水有压力，则为承压含水层，打,井时，若承压含水层中的水喷出地面，,叫自流水。,?,泉水,：在适当的地形下，在某一出口处,涌出的地下水叫泉水。,取水构筑物,一、地表水取水构筑物：,1,、按水源种类可分为：,河流、湖泊、水库及海水取水构筑物；,2,、按取水构筑物的,构造形式,可

25、分为：,固定式,(,岸边式、河床式、斗槽式,),活动式,(,浮船式、缆车式,),两种。,二、地下水取水构筑物,管井、大口井、渗渠,固定式取水构筑物（岸边式）,浙江永嘉县楠溪江引水工程取水口,固定式取水构筑物（河床式）,太湖中的渔洋山取水口,斗槽式取水构筑物,移动式取水构筑物（,缆车式,）,鄂州燕矶自来水厂取水口,移动式取水构筑物（,浮船式,）,合建式岸边取水构筑物,大口井,给水水厂,沉砂池,絮凝沉淀池,絮凝沉淀池,普通快滤池,图,1,2,地面水源给水系统,1-,取水构筑物；,2,水处理构筑物；,3,清水池；,4,二级,泵站；,5,管网；,6,水塔,?,当城镇各类建筑的生活、生产、消防等用水都按

26、,照生活用水水质标准统一供给的给水系统，称为,统一给水系统。,1,3,4,5,6,3,2,1.1.2,室外给水系统布置形式,1.,统一给水系统,供 水 管 网,水塔,井群,集水井,泵站,图,1,3,地下水源给水系统,2,分区给水系统,根据城市和工业区特点将给水系统分成几个系统，每个系统,都可以独立运行，又能保持系统间的相互联系，以便保证供,水的安全性和调度的灵活性。根据不同情况布置给水系统，,可节约动力费用和管网投资，但设施分散、管理不方便。,取水构筑物,一级泵站,净,水,厂,一区供水管网,二区供水管网,图,1-4,分区给水系统,?,3.,分质给水系统,?,取水构筑物从水源取水，经不同的净化过

27、程，用不同的管,道分别将不同水质的水供给各个用户，这种给水系统称为,分质给水系统。,取水井,一级泵站,净,水,厂,生活用水管网,生产用水管网,生产用水,处理厂,图,1-5,分质给水系统,4,分压给水系统,因用户对水压要求不同而采用扬程不同的水泵分别提,供不同压力的水至高压管网和低压管网。该系统可以减少,高压管道和设备用量，减少动力费用，但管线长、设备多,、管理麻烦。,水处理厂,加压泵站,高区用水管网,低区用水管网,图,1-6,分压给水系统,枝状管网,环状管网,1.1.3,城镇给水管网的布置形式,（,1,）输水管,（,2,）配水管网,1,）树状管网,2,）环状管网,1.2,室外排水工程,?,室外

28、排水工程的任务就是保护环境免受污,染，促进工农业生产的发展和保障人民的,健康与正常的生活。主要内容包括收集、,输送、处理和利用污（废）水。,?,污水按其来源可分为,生活污水、工业废水,和降水三类。,1.2.1,排水系统的体制,?,污水按不同排除方式所形成的排水系统，,称排水系统体制。排水体制一般分为,合流,制,与,分流制,两种类型。,?,1,合流制排水系统,?,将生活污水、工业废水和雨水汇集到同一,管渠内来输送和排除的系统称合流制排水,系统。,污,水,干,管,图,1-7,合流制,2.,分流制,排水系统,将生活污水、工业废水和雨水分别采用,两个或两个,以上,各自独立,的管渠来收集排除的系统，称为

29、分流制排水系统。,排除生活污水和工业废水的系统称为污水排水系统，汇集排,除雨水的系统称为雨水排水系统。,图,1-9,分流制排水系统,1.2.3,排水系统的主要组成部分,?,1,城市污水排水系统,?,城市污水排水系统主要包括,：室内管道系统及卫生设备；,室外污水管道系统；污水泵站及压力管道；污水厂；排出,口及事故排出口,1-,城市边界；,2-,排水流域分界线；,3-,支管；,4-,干管；,5-,主干管；,6-,泵站；,7-,压力管道,8-,城市污水,厂；,9-,出水口；,10-,事故排放口,图,1-11,城市污水排水系统总平面示意图,?,2,工业废水排水系统,?,在工业企业内部，用管道将各车间及其它,排水对象所排出的不同性质的废水收集送,到污水处理构筑物，经回收处理后，排入,水体或排入城市排水系统。,?,3,雨水排水系统,?,该系统承担排除城镇的雨水、雪水。雨水,排水系统的组成部分有：房屋雨水管道系,统和设备；室外雨水管道系统；排洪沟；,雨水泵站,；雨水出水口。,MBR,法处理生活污水,