ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

Гидравлика –наука изучающая законы равновесия и движения жидкости и разрабатывающая методы их применения для решения практических задач. Разделяется на гидростатику и гидродинамику Гидростатика раздел механики жидкостей, в котором изучаются состояние равновесия жидкости, находящейся в относительном или абсолютном покое, действующие при этом силы, а также закономерности плавания тел без их перемещения.

Основные физические свойства жидкостей В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие, а к газообразным все газы.

При абсолютном покое жидкость неподвижна относительно земли и резервуара. При относительном покое отдельные частицы жидкости, оставаясь в покое относительно друг друга, перемещаются вместе с сосудом, в котором они находятся. Наиболее важной областью применения законов и методов расчета технической гидравлики являются гидротехника и мелиорация, водоснабжение и канализация, гидроэнергетика и водный транспорт. Без гидравлики практически невозможно было бы проектирование и строительство гидротехнических сооружений.

Изучение реальных жидкостей и газов связано со значительными трудностями, т.к. физические свойства реальных жидкостей зависят от их состава, от различных компонентов, которые могут образовывать с жидкостью различные смеси как гомогенные (растворы) так и гетерогенные (эмульсии, суспензии и др.) По этой причине для вывода основных уравнений движения жидкости приходится пользоваться некоторыми абстрактными моделями жидкостей и газов, которые наделяются свойствами неприсущими природным жидкостям и газам. Идеальная жидкость - модель природной жидкости, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств и, кроме того, характеризуется абсолютной несжимаемостью, абсолютной текучестью (отсутствие сил внутреннего трения), отсутствием процессов теплопроводности и теплопереноса. Реальная жидкость - модель природной жидкости, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств, но в отличие от идеальной модели, обладает внутренним трением при движении.

Гидростатика раздел гидравлики, изучающий законы равновесия в покоящейся жидкости. Гидростатика рассматривает жидкость и погруженные в нее тела в состоянии покоя. Жидкость, находящаяся в покое, подвергается действию внешних сил двух категорий: массовых (объемных) и поверхностных. К массовым относятся силы, пропорциональные массе жидкости (сила тяжести, сила инерции), к поверхностным силы, распределенные по поверхности, т. е. давление. Под действием внешних сил в каждой точке жидкости возникают внутренние силы, характеризующие ее напряженное состояние

Плотность- масса единицы объема жидкости [p] = [кг/м 3 ] Удельный вес-вес единицы объема жидкости [γ] = [H/м 3 ]

Масса и вес связаны между собой соотношением g- ускорение свободного падения, м/сек 2

Уравнение состояния идеальных газов [p]=н/м 2 R= Дж (кмоль град) m = кмоль М = кг/кмоль Удельным объемом называют объем, занимаемый единицей масса газа.

Коэффициент объемного сжатия Коэффициент объемного сжатия (Па -1 ) – это относительное изменение объема жидкости при изменении давления на единицу: Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкостей E ж (Па)

Коэффициент температурного расширения Коэффициент температурного расширения t ( 0 С) -1, выражает относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус:

Вязкость - коэффициент пропорциональности, характерный для данной жидкости. Свойство жидкости оказывать сопротивление усилиям, вызывающим относительное перемещение ее частиц, называется вязкостью.

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.жидкостейгазов

Отношение величины \Т\ к поверхности соприкосновения слоев обо­значают через т и называют напряжением внутреннего трения, а также напряжением сдвига, или касатель­ным напряжением.

Уравнения, выражает закон внутрен­него трения Ньютона, согласно которому напряжение внутрен­него трения, возникающее между слоями жидкости при ее течении, прямо пропорционально градиенту скорости. 1 н. сек/м 2 = 10пз= 1000спз 1 кгс сек/м 2 = 98,1 пз = 9810 cпз

Иногда вязкость жидкостей характеризуют кинематическим коэффициентом вязкости, или кинематической вязкостью. Единицей кинематической вязкости равна 1 м 2 /сек = 10* ст.

Основное уравнение гидростатики для несжимаемой однородной жидкости плотность постоянная, и

- это нивелирная высота, м - это статический или пьезометрический напор, м Формулировка закона: для каждой точки покоящейся жидкости сумма нивелирной высоты и пьезо­ метрического напора есть величина постоянная.

уравнение является выражением закона Паскаля: давление, создаваемое в любой точке покоящейся несжимаемой жидкости,, передается одинаково всем точкам ее объема.

Практические приложения основного уравнения гидростатики Р= Р атм + Р атм + = Р атм + в открытых или закрытых находящихся под одинаковым давлением сообщающихся сосудах, заполненных однородной жидкостью, уровни ее располагаются на одной высоте независимо от формы а попереч­ного сечения сосудов.

Отсюда следует, что в сообщающихся сосудах высоты уровней разно­родных жидкостей над поверхностью их раздела обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей.

Гидростатические машины. Р 1 = P2=P2= Давление жидкости на дно и стенки сосуда.

сила давления Р на горизонтальное дно сосуда не зависит от формы сосуда и объема жидкости в нем. При данной плотности жидкости эта сила определяется лишь высотой столба жидкости Н и пло­щадью F дна сосуда: где h расстояние от верхнего уровня жидкости до центра тяжести смоченной площади F стенки. По­этому сила давления на вертикальную стенку равна произведению ее смо­ченной площади на гидростатическое давление в центре тяжести смоченной площади стенки.