Основы гидравлики
Красноярск
2011
Министерство образования и науки РФ
Государственное профессиональное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский государственный технологический университет»
В.П. Корпачев, Б.Г. Сизов, В.Г. Иванов, И.В. Губин
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
Учебное пособие для студентов направления 250400.62 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, профили «Лесоинженерное дело», «Технология деревообработки» очной и заочной форм обучения
Красноярск
2011
Основы гидравлики: учебное пособие для студентов направления 250400.62 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, профили «Лесоинженерное дело», «Технология деревообработки» очной и заочной форм обучения / В.П. Корпачев, Б.Г. Сизов, В.Г. Иванов, И.В. Губин. – Красноярск: СибГТУ, 2011. – 266 с.
В учебном пособии изложены основные вопросы общего курса гидравлики: основные свойства жидкостей, гидростатика, основные законы движения ньютоновских жидкостей. Рассмотрены вопросы истечения жидкостей через отверстия, насадки и водосливы, явления гидравлического удара и гидравлических струй, законы гидравлического моделирования
Утверждено на заседании кафедры Лесоинженерное дело
«16»июня2011 г., протокол №10
Рекомендовано к использованию в качестве электронного ресурса научно-методическим советом ЛфСибГТУ «28» сентября 2011 г., протокол № 5
СибГТУ, 2011 В.П. Корпачев
Б.Г. Сизов
В.Г. Иванов
И.В. Губин
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Определение гидравлики и ее краткая история 4
2 Основные определения и физические свойства жидкости ………………..7
3 Вес, масса и плотность жидкости……………………………………………8
4 Удельный вес (объёмный вес)………………………………………………..9
5 Сжимаемость жидкости …………………………………………………….10
6 Температурное расширение жидкостей…………………………………....11
7 Вязкость жидкости. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости 12
8 Аномальные жидкости 15
9 Идеальная жидкость 16
1 Гидростатика17
1.1 Силы, действующие на жидкость 17
1.2 Гидростатическое давление и его свойства 18
1.3 Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (Уравнения Л. Эйлера) 21
1.4 Поверхность уровня, поверхность равного давления, свободная поверхность 24
1.5 Основное уравнение гидростатики 26
1.6 Виды давлений 29
1.7 Пьезометрическая, вакуумметрическая высоты 31
1.8 Закон Паскаля 33
1.9 Относительный покой жидкости 35
1.9.1 Относительный покой жидкости, перемещаемой вместе с сосудом по вертикали вверх или вниз с ускорением 36
1.9.2 Сосуд с жидкостью движется горизонтально с ускорением ± а 38
1.9.3 Равновесие жидкости в цилиндрическом сосуде, вращающемся вокруг вертикальной оси, совпадающей с осью сосуда 40
1.10 Сила давления покоящейся жидкости на плоскую поверхность 44
1.11 Центр давления и определение его положения 47
1.12 Давление жидкости на плоскую горизонтальную поверхность. Гидростатический парадокс 49
1.13 Сила давления жидкости на криволинейные поверхности 51
1.14 Основные понятия о равновесии плавающего тела 55
1. 14. 1 Закон Архимеда. Плавучесть тела 55
1. 14. 2 Остойчивость 57
1. 14. 3 Равновесие плавающего тела частично погруженного в жидкость 59
2 Гидродинамика ……………………………………………………......68
2.1 Основное положение 68
2.2 Виды движения жидкости 69
2.3 Основные элементы потока 72
2.4 Уравнение неразрывности потока жидкости 74
2.5 Дифференциальное уравнения движения идеальной жидкости (уравнения Эйлера) 77
2.6 Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости 79
2.7 Вывод уравнения Бернулли из закона живых сил 82
2.8 Геометрическая, энергетическая и механическая сущность уравнения Бернулли 86
2.9 Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости 90
2.10 Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости 93
2.11 Понятие о гидравлическом и пьезометрическом уклонах 96
2.12 Практическое использование уравнения Бернулли 98
2.12.1 Расходомер Вентури 98
2.12.2 Прибор для измерения скорости потока (трубка Пито) 101
2.13 Уравнения Навье-Стокса 103
2.14 Основное уравнение равномерного движения жидкости 107
2.15 Гидравлические сопротивления и потери напора при движении жидкости 112
2.15.1 Физическая природа гидравлических сопротивлений 112
2.15.2 Режимы движения и число Рейнольдса 113
2.16 Ламинарный режим движения жидкости 116
2.16.1 Распределение скорости по сечению трубы 116
2.16.2 Определение расхода и средней скорости течения жидкости в трубе 118
2.16.3 Потери напора при ламинарном режиме течения 119
2.17 Турбулентный режим движения жидкости и его закономерности 121
2.17.1 Структура турбулентного потока 121
2.17.2 Понятие о гидравлически-гладкой и шероховатой поверхности 127
2.17.3 Экспериментальные исследования турбулентного режима движения….129
2.18. Местные гидравлические сопротивления 135
2.18.1 Внезапное расширение трубопровода 135
2.18.2 Внезапное сужение трубопровода 138
2.18.3 Потери в диффузоре 139
2.18.4 Постепенное сужение трубы 142
3 Истечение жидкости через отверстия и насадки………………………………………………………………………..............144
3.1 Истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре 144
3.2 Экспериментальное определение коэффициента скорости 148
3.3 Истечение жидкости через затопленное отверстие 149
3.4 Опорожнение резервуаров 152
3.5 Физический смысл работа насадка 153
3.6 Внешний цилиндрический насадок 157
3.7 Внутренний цилиндрический насадок 160
3.8 Конически сходящийся насадок 160
3.9 Коноидальные насадки 161
3.10 Конически-расходящийся насадок 162
3.11 Энергетическая характеристика насадков 164
4 Гидравлические струи………………………………………………...166
4.1 Незатопленные струи 166
4.2 Затопленные свободные струи 169
4.3 Воздействие струи на твердую преграду 171
4.4 Воздействие струи на криволинейную стенку…………………………...175
5 Истечение жидкости через водослив179
5.1 Классификация водосливов 179
5.2 Гидравлический расчет водослива с тонкой стенкой 181
5.3 Определение расхода через водослив с широким порогом 183
6 Гидравлический расчет трубопроводов ………………………186
6.1 Классификация трубопроводов 186
6.2 Гидравлический расчет коротких трубопроводов 188
6.2.1 Определение скорости и расхода при движении жидкости из трубопровода под уровень 188
6.2.2 Гидравлический расчет сифона 191
6.2.3 Гидравлический расчет всасывающей линии насоса 193
6.3 Расчет длинных простых трубопроводов 195
6.3.1 Гидравлический расчет длинного простого трубопровода 195
6.3.2 Практический расчет длинного простого трубопровода 196
6.4 Гидравлический расчет сложного трубопровода 201
6.4.1 Расчет сложного трубопровода из последовательно соединенных труб разного диаметра 201
6.4.2 Расчет сложного трубопровода с параллельным соединением труб разного диаметра и разными длинами 202
6.4.3 Гидравлический расчёт тупикового трубопровода 206
6.4.4Гидравлический расчёт трубопровода с непрерывной раздачей расхода по его длине 209
6.5 Гидравлический удар 212