Предмет гідравліки і короткі зведення

ЗМІСТ

стор

вВЕДЕННЯ...…………………………………………………………………...5

1. Предмет гідравліки і короткі зведення

про її розвиток...…………….....………………………………………..6

2. Загальні зведення про рідину...…………………………………..8

2.1. Фізичні властивості рідини...…………………………………....….….8

2.2. Сили діючі в рідині.

Поняття про ідеальну рідину...………………………………...…….19

2.3. Робочі рідини для гідравлічних приводів...……………....………….19

3. Гідростатика...…………………………………………….…………...25

3.1. Тиск у крапці спочиваючої рідини...…………………………………25

3.2. Диференціальні рівняння рівноваги рідини...………....……………..27

3.3. Основне рівняння гідростатики...……………………………....…….30

3.4. Абсолютний, манометричний і вакуум-

метричний тиск у рідині...……………………………………....……31

3.5. Сполучені посудини...…………………………………………....……33

3.6. Закон Паскаля...…………………………………………………….….33

3.7. Сила тиску рідини на плоску стінку.

Центр тиску...……………………………………………....………….34

3.8. Сила тиску рідини на криволінійну стінку.

Тіло тиску...……………………………………………………………36

3.9. Закон Архімеда...…………………………………………………...….38

4. Основи кінематики рідини...…………………………..…………39

4.1. Способи опису руху...………………………………….....…………...39

4.2. Види руху рідини...……………………………………………………41

4.3. Потоки, гідравлічні елементи потоку...……………………....………43

5. Основи гідродинаміки...……………………....…………………...44

5.1. Диференціальні рівняння руху і балансу

енергії для нев'язкої рідини...…………………………………….…..44

5.2. Рівняння Бернуллі для елементарного струмка

нев'язкої рідини...……………………………………………………..47

5.3. Рівняння Бернуллі для елементарного струмка і

потоку грузлої рідини...……………………………………….....…...50

6. Гідравлічні опори. Режими руху рідини...……….…………..52

6.1. Загальні зведення про втрати напору...……………………………....52

6.2. Досліди Рейнольдса. Режими плину рідини...……………………….53

6.3. Ламінарний плин рідини в трубах...…………………………....…….54

6.4. Ламінарний плин рідини у вузьких щілинах...…………………........56

6.5. Турбулентний плин рідини в трубах...………………………....…….58

6.6. Закон гідравлічного опору. Коефіцієнт Дарсі...……………………..59

6.7. Місцеві опори і поняття про

еквівалентну довжину труб...………………………………………...62

7. Витікання рідини через отвори...………………………………63

7.1. Витікання рідини через малий отвір

у тонкій стінці при постійному напорі...…………………………….63

7.2. Витікання рідини через мале затоплене

отвір при постійному напорі...……………………………….....……66

7.3. Витікання рідини через малий отвір

при перемінному напорі...……………………………………………67

7.4. Витікання рідини через насадки...………………………………....…68

8. Рух рідини в трубопроводах...…………………………………...68

8.1. Простий трубопровід...………………………………………………..69

8.2. Складні трубопроводи...…………………………………………...….70

8.3. Гідравлічний удар у трубопроводах...………………………….…….72

 

ВвЕДЕННЯ

Інженер-механік у своїй практичній діяльності зв'язаний із проектуванням, розрахунком, виготовленням, монтажем, експлуатацією і ремонтом механізмів і машин, що можуть приводитися в рух за допомогою чотирьох видів приводів чи їх комбінацій. По масштабах застосування перше місце займає електромеханічний привод, друге – гідравлічний, третє – пневматичний. Останнє місце займає ручний привод, що застосовують або в початковій стадії механізації, або в особливо відповідальних механізмах для дублювання інших видів приводів у випадку виходу їх з ладу.

Широке використання гідравлічного приводу в різних галузях промисловості зобов'язано ряду його позитивних властивостей, що дозволяють йому з успіхом конкурувати з електричним приводом. Основ для усе більш широкого впровадження в практику машинобудування де кілька. Насамперед варто вказати на можливість створення високих тисків до  і навіть , що дозволяє реалізувати великі робочі зусилля на плунжерах (поршнях) при відносно малих їх розмірах. Крім того, гідравлічну енергію, як і електричну, можна передавати на відносно великі відстані по трубопроводах у будь-якому напрямку, він може дробитися на будь-яке число частин. При використанні гідравлічної енергії особливо просто відтворюються прямолінійні й обертальні рухи робочого виконавчого механізму. Тому, поряд з електричним приводом, застосовуваним у даний час у металургійних машинах, варто розширювати використання гідравлічного і пневматичного приводів, що мають свої достоїнства, особливо в застосуванні до допоміжних машин і механізмів, руху виконавчих органів які найбільш складні і різноманітні.

Оскільки як робоче тіло в гідравлічному приводі використовують рідину, необхідно вивчити закони механіки рідини. Цими задачами займається гідравліка, що у нашому курсі варто розглядати як теоретичну основу гідроприводу.

Дійсний навчальний посібник являє собою конспективний виклад програмного матеріалу дисципліни.

 

 

Предмет гідравліки і короткі зведення

Про її розвиток

Поряд з теоретичною механікою – наукою, що вивчає закони рівноваги і рух твердих тіл, чи механікою твердого тіла, існує наука, що вивчає закони рівноваги і рух рідин і вплив їх із твердими тілами, яку можна назвати механікою рідкого тіла, чи механікою рідини (гідромеханікою). За аналогією з теоретичною механікою, що складається з трьох розділів – статики, кінематики і динаміки, цю науку розділяють на статику рідини (гідростатику), кінематику і динаміку рідини (гідродинаміку).

Історично склалося так, що розвиток науки про механізм рідини йшов по двох напрямках – строго теоретичному, з використанням великого і порівняно складного математичного апарата, і прикладному, емпіричному, експериментальному, що наближається до інженерного. Перший напрямок привів до створення теоретичної гідромеханіки, чи просто гідромеханіки, другий – до створення технічної (прикладний) механіки рідини, чи гідравліки. В даний час можна вважати, що завдяки взаємному проникненню методів цих двох напрямків розходження між ними, у рамках однієї науки – механіки рідини, поступово зникає.

Якщо спочатку під терміном “гідравліка” визначали науку, що вивчає фізичні закони, що відносяться до води (“гідро” – по-грецькі “вода”), то тепер у цей термін вкладають більш широкий зміст: об'єктом вивчення в гідравліці є будь-як рідина.

І так, гідравліка – це прикладна технічна наука, що вивчає закони рівноваги і руху рідин, а також методи застосування цих законів у різних областях інженерної практики.

Перші фактичні знання по гідравліці і досвід практичного застосування їх були ще в древніх народів Єгипту, Китаю, Ассирії, Греції й ін. Про це свідчить будівництво водопідйомних коліс, кораблів, каналів, гребель, акведуків для водопостачання і т.п. Залишки древніх гідротехнічних споруджень у ряді країн збереглися до наших днів. Усе це сприяло нагромадженню практичних представлень про рух і рівновагу рідких тіл.

Першою науковою працею в області гідравліки (250 р. до н.е.) вважають трактат давньогрецького вченого-механіка Архімеда “Про тіла, що плавають,”, у якому визначені сили тиску рідини на поверхню зануреного в неї тіла. Після Архімеда протягом майже 1700 років гідравліка не підучила подальшого розвитку.

Новий етап у розвитку гідравліки наступив лише в епоху Відродження. У ХV столітті знаменитий італійський вчений Леонардо да Вінчі написав дослідження “Про рух і вимір води” (яке, щоправда, побачило світло тільки в XX столітті). Голландський учений С.Стевін у 1585 р. сформулював закони тиску рідини на дно і стінки судини. Італійському вченому Г.Галілею належать роботи в області рівноваги і руху тіл у рідині (1612 р.). Італійський фізик Э.Торрічеллі в 1643 р. сформулював закон витікання рідин через отвори. Французькому ученому В.Паскалю належить закон про передачу тиску усередині рідини (1650 р.). Англійському великому фізику І.Ньютонові – гіпотеза про внутрішнє тертя в рідині (1686 р.) і роботи про опір тіл при русі в рідині.

Як самостійна наука гідравліка сформувалася в ХVІІІ столітті, після робіт, виконаних у Російській Академії наук М.В.Ломоносовим, Д.Бернуллі і Л.Ейлером. У своїх роботах “Міркування про твердість і рідину тіла”, “Про вільний рух повітря, у рудниках приміченому”, “Спроба теорії пружної сили повітря” розробкою і виготовленням приладів для виміру напрямку і швидкості вітру М.В.Ломоносов заклав основи гідравліки як прикладної науки. Д.Бернуллі в праці “Гідродинаміка” (1738 р.) одержав основне рівняння гідродинаміки, що зв'язує тиск, швидкість руху і глибину. Л.Ейлер у творі “Загальні принципи руху рідини” (1755 р.) вивів диференціальні рівняння рівноваги і руху рідин.

Значний розвиток гідравліка одержала у другій половині ХVШ століття, у XIX і особливо в ХХ столітті. Великий внесок у рішення багатьох теоретичних і практичних задач механіки рідини внесли як іноземці, так і росіяни, а потім і радянські вчені, дослідники й інженери: А.Шезі, Г.Проні, Ж.Пуазейль, А.Дарсі, Ю.Вейсбах, Блазіус. Ж.Буссінек (визначення і розрахунок гідравлічних опорів, втрат напору у відкритих руслах, каналах і трубах); Дж.Вентурі, Я.Борда, В.Вейсбах, А.Базен (витікання рідини через отвори, насадки і водозливи); Л.Навье, Дж.Стокс (кінематична теорія руху грузлої рідини); У.Фруд, О.Рейнольдс (критерії гідродинамічної подоби при плині рідини); А.Піто, Дж.Вентури, Л.Прандтль (прилади для виміру витрат і тисків рідини); Громека І.С. (вихровий, гвинтовий рух рідини, теорія капілярності, хвильові явища в рідині); Петров Н.П., Лейбензон Л.С. (гідродинамічна теорія змащення); Н.Є.Жуковський, Л.С.Лейбензон (теорія гідравлічного удару); Н.Є.Жуковський, Н.Н.Павловський, Л.С.Лейбен-зон, С.А.Христианович (рух ґрунтових вод, рух газорідинних сумішей, теорія фільтрації); Д.И.Менделєєв, Л.Прандтль, Л.Г.Лойцянський, Т.Кишеня, С.А.Чаплигін, А.Н.Крилов, А.В.Колмогоров, М.А.Лаврентьєв (теорія прикордонного шару, дослідження турбулентності руху, теорія струменів у рідині, рух твердого тіла в рідині, теорія плавучості і стійкості).

Інженера-механіка по устаткуванню цікавить, в основному, додатки гідравліки в області машинобудування, тобто застосування рідини в гідравлічних приводах машин.

Гідравлічний привід знайшов застосування у всіляких областях техніки – у верстатобудуванні, у пресобудуванні, у літальних апаратах (авіація і космонавтика), у суднових установках, у мобільних машинах (будівельно-дорожніх, сільськогосподарських, автомобілях), у гірській техніці, у будівництві, у металургії.