流体力学 / Fluid Mechanics
研究流体静止和运动的规律。管路设计、风机/水泵选型、压力损失计算、AHU 内部流场分析的基础学科。
3.1 三大基本方程 Fundamental Equations
连续性方程 Continuity：
A₁·v₁ = A₂·v₂ (Mass Conservation)
伯努利方程 Bernoulli’s Equation：
p/ρg + v²/2g + z = const
理想流体的能量守恒。实际流体需引入损失项 H_loss。
动量方程 Momentum Equation：
ΣF = ρQ(β₂v₂ - β₁v₁)
用于管路弯头、阀门等部件受力分析，研究风机/水泵轴向推力。
3.2 雷诺数 Reynolds Number (Re)
Re = ρ·v·D / μ = v·D / ν
Re < 2300 层流 Laminar；2300–4000 过渡流 Transitional；Re > 4000 湍流 Turbulent。暖通管路大多数 Re > 10⁴，为充分湍流。Re 越高对流换热系数 h_c 越高。
3.3 沿程阻力 Major (Friction) Loss
Δp_f = λ · (L/D) · (ρ·v²/2)
λ 沿程阻力系数 Darcy Friction Factor。层流 λ=64/Re；湍流使用 Colebrook-White 公式隐式求解，或 Haaland 显式近似：
λ = [-1.8·log₁₀((ε/D/3.7)^1.11 + 6.9/Re)]^(-2)
3.4 局部阻力 Minor (Local) Loss
Δp_j = ζ · (ρ·v²/2)
ζ 局部阻力系数 Loss Coefficient。弯头 ζ=0.3-1.0；三通 ζ=0.5-2.0；阀门 ζ=2-10；突然扩大/缩小 ζ=0.5-1.0。制冷系统阀门/换热器局部阻力往往占总阻力 50%+。
3.5 系统总阻力 System Total Pressure Drop
Δp_total = Σ Δp_f + Σ Δp_j + Δp_equipment
冷水系统设计：通常要求各设备阻力 ≤ 总扬程 30%（否则设备压降太大、风机/水泵能耗高）。
3.6 管路特性曲线 System Resistance Curve
Δp_sys = K_sys · Q²
系统阻力近似与流量平方成正比。K_sys 由管路几何决定。设备工作点即设备曲线与管路曲线的交点。
3.7 流态可视化与仪表 Flow Visualization & Measurement
- 皮托管 Pitot-Static Tube：测点流速
- 孔板流量计 Orifice Plate：基于差压
- 文丘里管 Venturi Tube：低损失节流
- 涡街流量计 Vortex Shedding：频率与流速线性
- 超声波流量计 Ultrasonic：时差法，无压损
- 电磁流量计 Electromagnetic：导电液体
- 热线风速仪 Hot-Wire Anemometer：测低速气流
3.8 流体输送设备特性
- 泵/风机相似定律 Affinity Laws：见第 8 章
- 汽蚀 NPSH：NPSHa > NPSHr 时不汽蚀
- 喘振 Surge：离心式压气机在小流量时发生反向流动，需设最小流量阀
研发应用
- 管径选择 Pipe Sizing：水侧常用流速 1.0-2.5 m/s；制冷剂液体 0.5-1.5 m/s；气体 8-15 m/s
- 管路布局 Piping Layout：减少弯头 → 减小 ζ；避免突然变径 → 降低局部损失
- 风机/水泵匹配：设备曲线与管路曲线的交点即工作点
- 气流均匀性 Airflow Uniformity：AHU 各支路阻力平衡，差值 ≤5% 风量均匀度最佳
- CFD 内流分析 CFD Internal Flow：Fluent/OpenFOAM 优化分流器、消声器等
Concepts Referenced
Entities Referenced
Notes
White《Fluid Mechanics》、Munson《Fundamentals of Fluid Mechanics》。重点掌握 Reynolds 数、沿程 + 局部阻力、管路系统总阻力计算、风机/水泵特性曲线、NPSH、相似定律。研发中不直接解 NS 方程，但要熟练使用经验公式与 CFD 工具。
2024-2026 标准提示:ASHRAE 90.1-2025 / EU F-Gas 2024/573 / AIM Act 2025 / GB 19576。详见 暖通-2026更新 与 hvac-quick-ref。