Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ГИДРАВЛИКИ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЕЕ РАЗВИТИЯ 1.1. Краткая история развития гидравлики
Содержание
Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ГИДРАВЛИКИ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЕЕ РАЗВИТИЯ
1.1. Краткая история развития гидравлики
1.2. Жидкость и силы действующие на нее
1.3. Механические характеристики и основные свойства жидкостей
Лекция 2. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ
2.1. Гидростатическое давление
2.2. Основное уравнение гидростатики
2.3. Давление жидкости на плоскую наклонную стенку
2.4. Давление жидкости на цилиндрическую поверхность
2.5. Закон Архимеда и его приложение
2.6. Поверхности равного давления
Лекция 3. ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ
3.1. Основные понятия о движении жидкости
3.2. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости
3.3. Уравнение Бернулли для реальной жидкости
3.4. Измерение скорости потока и расхода жидкости
Лекция 4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
4.1. Режимы движения жидкости
4.2. Кавитация
4.3. Потери напора при ламинарном течении жидкости
4.4. Потери напора при турбулентном течении жидкости
4.5. Местные гидравлические сопротивления
Лекция 5. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ, НАСАДКОВ И ИЗ-ПОД ЗАТВОРОВ
5.1. Истечение через малые отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре
5.2. Истечение при несовершенном сжатии
5.3. Истечение под уровень
5.4. Истечение через насадки при постоянном напоре
5.5. Истечения через отверстия и насадки при переменном напоре (опорожнение сосудов)
5.6. Истечение из-под затвора в горизонтальном лотке
5.7. Давление струи жидкости на ограждающие поверхности
Лекция 6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОСТЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
6.1. Простой трубопровод постоянного сечения
6.2. Соединения простых трубопроводов
6.3. Сложные трубопроводы
6.4. Трубопроводы с насосной подачей жидкостей
6.5. Гидравлический удар
6.6. Изменение пропускной способности трубопроводов в процессе их эксплуатации
Лекция 7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
7.1. Лопастные насосы
7.2. Поршневые насосы
7.3. Индикаторная диаграмма поршневых насосов
7.4. Баланс энергии в насосах
7.5. Обозначение элементов гидро- и пневмосистем
Список рекомендуемой литературы
Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ГИДРАВЛИКИ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЕЕ РАЗВИТИЯ
Решение различных технических проблем, связанных с вопросами движения жидкостей в открытых и закрытых руслах, а также с вопросами силового воздействия жидкости на стенки сосудов или обтекаемые жидкостью твердые тела привело к созданию обширной науки называемой гидромеханикой, которая делится на два раздела: техническая гидромеханика и теоретическая механика жидкости и газа (рис.1.1).
Рис. 1.1. Разделы гидромеханики
Гидравлика (техническая механика жидкости) - прикладная часть гидромеханики, которая использует те или иные допущения для решения практических задач. Она обладает сравнительно простыми методиками расчета по сравнению с теоретической механикой жидкости, где применяется сложный математический аппарат. Однако гидравлика дает достаточную для технических приложений характеристику рассматриваемых явлений.
1.1. Краткая история развития гидравлики
Исторически гидравлика является одной из самых древних наук в мире. Археологические исследования показывают, что еще за 5000 лет до нашей эры в Китае, а затем в других странах древнего мира найдены описания устройства различных гидравлических сооружений, представленные в виде рисунков (первых чертежей). Естественно, что никаких расчетов этих сооружений не производилось, и все они были построены на основании практических навыков и правил.
Первые указания о научном подходе к решению гидравлических задач относятся к 250 году до н.э., когда Архимедом был открыт закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Потом на протяжении 1500 лет особых изменений гидравлика не получала. Наука в то время почти совсем не развивалась, образовался своего рода застой. И только в XVI-XVII веках нашей эры в эпоху Возрождения, или как говорят историки Ренессанса, появились работы Галилея, Леонардо да Винчи, Паскаля, Ньютона, которые положили серьезное основание для дальнейшего совершенствования гидравлики как науки.
 Однако только основополагающие работы академиков Петербургской академии наук Даниила Бернулли и Леонарда Эйлера живших в XVIII веке, создали прочный фундамент, на котором основывается современная гидравлика. В XIX-XX веках существенный вклад в гидродинамику внес "отец русской авиации" Николай Егорович Жуковский.
Роль гидравлики в современном машиностроении трудно переоценить. Любой автомобиль, летательный аппарат, морское судно не обходится без применения гидравлических систем. Добавим сюда строительство плотин, дамб, трубопроводов, каналов, водосливов. На производстве просто не обойтись без гидравлических прессов, способных развивать колоссальные усилия. А вот интересный факт из истории строительства Эйфелевой башни. Перед тем как окончательно установить многотонную металлоконструкцию башни на бетонные основания, ей придали строгое вертикальное положение с помощью четырех гидравлических прессов, установленных под каждую опору.
Гидравлика преследует человека повсюду: на работе, дома, на даче, в транспорте. Сама природа подсказала человеку устройство гидравлических систем. Сердце - насос, печень - фильтр, почки - предохранительные клапаны, кровеносные сосуды - трубопроводы, общая длина которых в человеческом организме около 100 000 км. Наше сердце перекачивает за сутки 60 тонн крови (это целая железнодорожная цистерна!).
1.2. Жидкость и силы действующие на нее
Жидкостью в гидравлике называют физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь угодно малых сил. Различают два вида жидкостей: жидкости капельные и жидкости газообразные (рис.1.2). Капельные жидкости представляют собой жидкости в обычном, общепринятом понимании этого слова (вода, нефть, керосин, масло и.т.д.). Газообразные жидкости - газы, в обычных условиях представляют собой газообразные вещества (воздух, кислород, азот, пропан и т.д.).
Рис. 1.2. Виды жидкостей
Основной отличительной особенностью капельных и газообразных жидкостей является способность сжиматься (изменять объем) под воздействием внешних сил. Капельные жидкости (в дальнейшем просто жидкости) трудно поддаются сжатию, а газообразные жидкости (газы) сжимаются довольно легко, т.е. при воздействии небольших усилий способны изменить свой объем в несколько раз (рис.1.3).
Рис. 1.3. Сжатие жидкостей и газов
В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная жидкости. Идеальная жидкость в отличие от реальной жидкости не обладает внутренним трением, а также трением о стенки сосудов и трубопроводов, по которым она движется. Идеальная жидкость также обладает абсолютной несжимаемостью. Такая жидкость не существует в действительности, и была придумана для облегчения и упрощения ряда теоретических выводов и исследований.
На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые и поверхностные.
Массовые: силы тяжести и инерции. Сила тяжести в земных условиях действует на жидкость постоянно, а сила инерции только при сообщении объему жидкости ускорений (положительных или отрицательных).
Поверхностные: обусловлены воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или воздействием других тел.
 Рассмотрим сосуд, наполненный жидкостью. Если выделить в нем бесконечно малый объем жидкости, то на этот объем будут действовать силы со стороны соседних таких же бесконечно малых объемов (рис.1.4). Кроме этого на свободную поверхность жидкости действует сила атмосферного давления Pатм и силы со стороны стенок сосуда. Рис. 1.4. Поверхностные силы Если на жидкость действует какая-то внешняя сила, то говорят, что жидкость находится под давлением. Обычно для определения давления жидкости, вызванного воздействием на нее поверхностных сил, применяется формула
где F - сила, действующая на жидкость, Н (ньютоны); Если давление Р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным давлением Рабс. Если давление отсчитывают от атмосферного, то оно называется избыточным Ризб. Атмосферное давление постоянно Ра = 103 кПа (рис.1.5).
Рис. 1.5. Схема к определению давлений За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль - давление вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м²: 1 Па = 1 Н/м² = 10-3 кПа = 10-6 МПа. Размерность давления обозначается как "Па" (паскаль), "кПа" (килопаскаль), "МПа" (мегапаскаль). В технике в настоящее время продолжают применять систему единиц МКГСС, в которой за единицу давления принимается 1 кгс/м². 1 Па = 0,102 кгс/м² или 1 кгс/м² = 9,81 Па.
|
Механические характеристики и основные свойства жидкостей
Одной из основных механических характеристик жидкости является ее плотность. Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице… Удельным весом называют вес единицы объема жидкости, который определяется по формуле:Местные гидравлические сопротивления
Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разделить на расширения, сужения и повороты русла, каждое из которых может быть внезапным… Рассмотрим простейшие местные сопротивления при турбулентном режиме течения в… 1. Внезапное расширение русла. Потеря напора (энергии) при внезапном расширении русла расходуется на…Истечение при несовершенном сжатии
Рис. 5.5. Схема несовершенного сжатия струи Так как боковые стенки частично направляют движение жидкости при подходе к отверстию, то струя по выходе из отверстия…Истечение под уровень
Рис. 5.6. Истечение по уровень В этом случае вся кинетическая энергия струи теряется на вихреобразование, как при внезапном расширении.Истечение через насадки при постоянном напоре
Первый режим - безотрывный режим. При истечении струя, после входа в насадок сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в… Рис. 5.7. Истечение через насадокИстечения через отверстия и насадки при переменном напоре (опорожнение сосудов)
Рассмотрим случай опорожнения открытого в атмосферу сосуда при постоянно уменьшающемся напоре, при котором течение является неустановившемся (рис.5.10).
Однако если напор, а следовательно, и скорость истечения изменяются медленно, то движение в каждый момент времени можно рассматривать как установившееся, и для решения задачи применить уравнение Бернулли.
Рис. 5.10. Схема опорожнения резервуара
Обозначим переменную высоту уровня жидкости в сосуде за h, площадь сечения резервуара на этом уровне S, площадь отверстия Sо, и взяв бесконечно малый отрезок времени dt, можно записать следующее уравнение объемов:
где dh - изменение уровня жидкости за время dt.
Отсюда время полного опорожнения сосуда высотой Н
Если будет известен закон изменения площади S по высоте h, то интеграл можно подсчитать. Для призматического сосуда S = const (рис.5.11), следовательно, время его полного опорожнения
Из этого выражения следует, что время полного опорожнения призматического сосуда в два раза больше времени истечения того же объема жидкости при постоянном напоре, равном первоначальному.
| 
|
| Рис. 5.11. Опорожнение призматического резервуара | Рис. 5.12. Опорожнение непризматического резервуара |
Для определения времени истечения жидкости из горизонтального цилиндрического сосуда (цистерны) (рис. 5.12) выразим зависимость переменной площади S от h:
где l - длина цистерны; D - диаметр цистерны.
Тогда время полного опорожнения такой цистерны, т.е. время изменения напора от h1 = D до h2 = 0, получится равным
Истечение из-под затвора в горизонтальном лотке
Отверстия могут быть незатопленными (истечение свободное) и затопленными, когда уровень воды за затвором влияет на истечение. Если отверстие незатопленное, то вытекающая из-под затвора струя находится…Давление струи жидкости на ограждающие поверхности
На рис. 5.15 приведены наиболее часто встречающиеся в практике ограждающие… Величина давления струи, естественно, зависит от расстояния насадка до преграды. С увеличением расстояния струя…Ключи к тестам
Наверх страницы