Гидравлика

(конспект лекций)

Омск – 2009

Введение

Гидравлика является одной из фундаментальных инженерных дисциплин и изучает основные законы равновесия и движения жидкостей (капельных и газообразных), а также их силового взаимодействия с твердыми телами.

Термину «жидкость» в гидромеханике придают более широкий смысл, чем это принято в обыденной жизни. В понятие «жидкость» включается все тела, для которых свойственна текучесть, т.е. способность сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в это понятие включают как жидкости обычные, называемые капельными, так и газы. Важной особенностью капельных жидкостей является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считают несжимаемыми (=const).

Газы, наоборот, могут значительно уменьшаться в объеме под действием давления и неограниченно расширяться при отсутствии давления, т.е. они обладают сжимаемостью.

Несмотря на это различие, законы движения капельных жидкостей и газов при определенных условиях можно считать одинаковыми. Основным из этих условий является малая скорость течения газа по сравнению со скоростью распространения в нем звука. Критерием, характеризующим сжимаемость газа, служит число Маха . Теоретически и экспериментально доказано, что при М<0,3, газы можно рассматривать как несжимаемую жидкость. При М>0,3, следует учитывать сжимаемость жидкости.

В гидравлике изучают движения, главным образом, капельных жидкостей, считая их в большинстве случаев несжимаемыми. Внутренние течения газа относятся к области гидравлики лишь в тех случаях, когда к сжимаемостью газа можно пренебречь.

Известно, что все тела состоят из движущихся и взаимодействующих между собой молекул. Механика жидкости не занимается изучением движения отдельных молекул, а исходит из допущения, что все пространство непрерывно (сплошь) заполнено веществом. Условие сплошности для жидкостей и газов выполняется, если характерные линейные размеры области течения (диаметр трубы, размах крыла и т.п.) велики по сравнению с длиной свободного пробега молекул. Критерием, позволяющим судить о возможности рассмотрения течения газа как сплошной среды, служит число Кнудсена

,

где - длина свободного пробега молекул;

L – характерный размер элемента.

Длина свободного пробега молекул порядка 10^-5см.

Если K_н 0,1, газ можно рассматривать как сполшную среду без пустот и прерывистостей, (K_н >0,1 – среда прерывистая – космос).

Гидравлику, так же как и другие области механики, разделяют на статику, кинематику и динамику.

Часть гидромеханики, изучающая условия равновесия жидкостей и газов, называется гидростатикой. Кинематика жидкостей и газов изучает их движение во времени, не интереcуясь причинами, вызывающими это движение. Предметом изучения гидродинамики является движение жидкостей и газов в связи с их взаимодействием.

Гидравлика является основой таких дисциплин, как гидроэнергетика, водоснабжение, гидравлические машины, трубопроводный транспорт и др.