Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

М.Я. Кордон, в.И. Симакин, и.Д. Горешник гидравлика

Учебное пособие

Пенза 2005

Введение

Учебное пособие подготовлено на основе опыта многолетнего преподавания курса «Гидравлика».

При изложении материала учтены такие предпосылки, как логическая связь с другими дисциплинами специальности 330200; фун­даментальность представления теоретических вопросов; прак­ти­ческая направленность рассматриваемых вопросов; использование математического аппарата в объеме, не превышающем доступности восприятия теоретического материала.

Учебный материал подготовлен в соответствии с рабочей про­граммой и охватывает следующие разделы: основные физические свойства жидкостей; основы гидростатики; основы кинематики и динамики жидкости; гидравлический удар в трубах; основы теории подобия, моделирования и анализа размерностей; основы движения грунтовых вод и двухфазных потоков.

В каждом разделе рассмотрены примеры практического применения расчетных формул и зависимостей в виде примеров задач и различных инженерных решений.

Представлен также перечень контрольных вопросов для само­стоя­тельного изучения материала.

Курс «Гидравлика» является одной из основополагающих дисциплин при подготовке инженеров, работающих в области защиты окружающей природной среды.

Теоретический материал сопровождается иллюстрациями в виде рисунков, графиков, блок-схем и таблиц в объеме, требующем пояснения качественной или количественной связи параметров технологических процессов или физических явлений.

Авторы учебного пособия учли ценные замечания рецензентов и выражают им свою признательность.

Часть I. Гидравлика

1 Основные физические свойства жидкостей

1.1. Модель сплошной среды

Жидкостью называется сплошная среда, обладающая спо­собностью легко изменять свою форму под действием внешних сил.

Понятие «жидкость» определяется в зависимости от назначения такого определения.

В физике жидкость трактуется как физическое тело, обладающее свойством текучести.

Легкотекучесть частиц жидкости обусловлена неспособностью ее воспринимать касательные напряжения в состоянии покоя.

По своим механическим свойствам жидкости разделяют на два класса:

1. Малосжимаемые (капельные).

2. Сжимаемые (газообразные).

В механике жидкости и газа законы, справедливые для ка­пель­ных жидкостей, применимы и к газам, когда сжимаемостью газа мож­но пренебречь.

Для удобства введены термины «капельная жидкость» (мало­сжимаемая), «сжимаемая жидкость» (газ) и «жидкость» (охваты­ваю­щая как капельную жидкость, так и газ).

Таким образом, под жидкостью в механике жидкости и газа подразумевается всякая среда, обладающая текучестью.

При изучении законов равновесия и движения жидкости в при­кладной механике жидкостей и газов движение молекул не изуча­ется и жидкость рассматривается в виде сплошной среды, способной деформироваться под действием внешних сил.

Жидкость как всякое физическое тело имеет молекулярное строение.

Расстояние между молекулами во много раз превосходит раз­ме­ры самих молекул и соответствует от 10^-7до 10^-8 см, а длина сво­бод­ного пробега молекул газа при атмосферном давлении равна 10^-5 см.

Поэтому жидкости и газы воспринимаются как сплошные среды, имея прерывистую структуру.

Это обстоятельство позволяет ввести гипотезу сплошности, то есть применить модель, обладающую свойством непрерывности. Гипотеза о непрерывности или сплошности среды упрощает ис­сле­дование, так как позволяет рассматривать механические харак­-теристики жидкой среды (скорость, плотность, давление и т.д.) как функции координат точки в пространстве и во времени.

Согласно гипотезе сплошности масса среды распределена в объе­ме непрерывно и в общем неравномерно.