5 Гидравлические расчеты промышленных газоходов и трубопроводов 42

17. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости 42

18. Уравнение Бернулли в избыточных давлениях 42

19. Потери на трение 43

19.1. Потери на трение в потоке несжимаемой жидкости 43

19.2. Потери на трение в потоке сжимаемых жидкостей (газов высокого давления) 44

19.3. Коэффициент трения 46

20. Потери на местные сопротивления 48

21. Теорема Борда 52

22. Учет взаимного влияния местных сопротивлений 56

23. Гидростатические потери (потери геометрического давления) 56

24. Общие принципы расчета сложных гидравлических систем 57

6 Истечение жидкостей и газов через отверстия, насадки и сопла 60

6.1 Истечение несжимаемых сред через отверстия 60

6.2 Истечение несжимаемых сред через насадки 61

6.3 Истечение сжимаемых газов (газов высокого давления ) 62

7 Применение уравнения бернулли в технических устройствах и расчетах 65

7.1 Дроссельные расходомеры и труба Вентури 65

7.2 Измерение скорости и расхода жидкости с помощью трубок скоростного напора 66

7.3 Кавитация 66

7.4 Гидравлический удар в трубопроводах 67

8 Струйное движение 70

25. Некоторые понятия теории гидродинамического пограничного слоя 70

8.2 Элементы струйного движения 76

26. Аэродинамика свободной затопленной турбулентной струи 77

27. Струя во встречном и спутном потоках 79

28. Струя, ограниченная параллельной плоскостью 80

29. Струя, атакующая поверхность под углом 81

30. Струя, втекающая в полость. Струйный аппарат 82

31. Взаимодействие свободных струй 83

9 Экспериментальные исследования гидродинамических процессов 85

32. Задачи исследований. Гидравлическое моделирование и теория подобия 85

33. Основы теории подобия 86

34. Способы получения критериев подобия 87

35. Метод масштабных преобразований 87

35.1. Метод анализа размерностей 90

36. Метод гидравлического моделирования 92

37. Расчет модели 93

38. Технические примеры моделирования. 96

10 Движение многофазных сред 97

39. Общие понятия 97

40. Потери давления при движении пароводяных смесей. 98

41. Контур естественной циркуляции 100

Введение

Гидрогазодинамика (гидрогазодинамика, механика жидкости и газа) представляет собой дисциплину, в которой изучаются условия равновесия и закономерности движения жидкостей и газов. Она является одной из трех фундаментальных теплотехнических дисциплин (наряду с технической термодинамикой и тепломассообменом), на которых основываются все последующие прикладные теплоэнергетические курсы. Движение жидкости и газов  неотъемлемая часть любого теплоэнергетического процесса. Сюда относится транспорт энергоносителей (топлива) и окислителя (воздуха, кислорода) по трубопроводам, движение воды, пароводяной смеси в паровых котлах, работа топливосжигающих устройств, развитие факелов и движение продуктов сгорания в камерах паровых котлов и промышленных печей, эвакуация продуктов сгорания через дымоходы и дымовые трубы, движение теплоносителей в системах теплоснабжения и вентиляции, и др.

История гидрогазодинамики как науки богата, а истоки ее теряются в глубине тысячелетий. Уже на ранних стадиях цивилизации вода применялась в земледелии для орошения. Чтобы обеспечить подачу воды на поля необходимо было уметь создавать механизмы для подъема воды и распределять ее по системе каналов. Археологические находки сложных оросительных систем (Китай, 5000 лет до н.э., древний Египет) позволяют считать, что строители этих систем владели элементарными сведениями как о движении воды так и о поведении ее в покое. Поражает воображение совершенство судов для далеких плаваний, боевых машин, оригинальных систем водоснабжения, создание которых невозможно без глубоких знаний о предмете.

Рождение научной дисциплины гидравлики, а точнее гидростатики, связывают с именем Архимеда (287  212 г.г. до н.э.); закон его имени, изложенный в трактате "О плавающих телах", не претерпел практически никаких уточнений до сих пор. После долгого застоя средневековья второе рождение гидравлики как науки обязано гениальному ученому эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452  1549 гг.), которого справедливо признают основоположником гидрогазодинамики, так как он заложил основы науки в трудах по изучению принципов работы гидравлического пресса, принципов полета, истечения жидкости через отверстие, вопросов течения воды в каналах, через водосливы и др. Развитие гидрогазодинамики связано с именами Г. Галлилея (1564  1642 гг), показавшего связь гидравлического сопротивления со скоростью и плотностью среды; Э. Торичелли (1608  1647 гг.), предложившего формулу скорости истечения жидкости, используемую до сих пор; Б. Паскаля (1623  1662 гг.), сформулировавшего закон о передаче внешнего давления одинаковым по всем направлениям; И. Ньютона (1642  1727 гг.), описавшего законы внутреннего трения, давшего теоретический вывод квадратичного закона сопротивления и установившего закон динамического подобия.

Теоретический фундамент современной гидрогазодинамики построен в работах, выполненных академиками Российской академии наук Л. Эйлером (1707  1783 гг), перу которого принадлежит трактат "Общие принципы движения жидкости", и швейцарского ученого Д. Бернулли (1700  1782 гг), опубликовавшего фундаментальный труд "Гидродинамика". Целый ряд теоретических и экспериментальных работ, во многом способствовавших развитию механики газовых сред, выполнил М.В. Ломоносов (1711  1765 гг.).

Развитию технического направления гидрогазодинамики, решающего практические задачи промышленности, посвящены работы ученых и инженеров А. Пито (1695  1771 г.г.), А. Шези (1718  1799г.г.), Г. Дарси (1803  1858 г.г.), Ж. Барда (1733  1799 г.г.), Д.Вентури (1746  1822 г.г.) и др. Благодаря работам технического направления гидрогазодинамика обогатилась новой измерительной аппаратурой  пьезометрами, трубками скоростного напора, расходомерами, идеями применения моделей для изучения гидрогазодинамических явлений в целях проектирования и др. Значительны заслуги русских ученых И.С. Громеко (1851  1889 г.г.) и Н.Е. Жуковского (1847  1921 г.г.) в исследовании вихревого движения, гидравлического удара, воздухоплавания.

Основы учения о движении вязкой жидкости заложены в работах Л. Навье (1785  1836 г.г.) и Г. Стокса (1819  1903 г.г.), которые получили дифференциальные уравнения пространственного движения вязкой жидкости (уравнение Навье  Стокса). Существенный вклад в понимание природы влияния вязкости на сопротивление при движение жидкости в каналах и трубах внесли Ж. Пуазейль (1799  1869 г.г.), а также Г. Хагин (1810  1869 г.г.), установивший существование двух режимов течения жидкости  ламинарного и турбулентного. Особая роль в формировании механики жидкости принадлежит Осборну Рейнольдсу (1842  1912г.г.), который определил условия перехода ламинарного движения в турбулентный, много работал над теорией турбулентности, установил условия гидродинамического подобия.

Значительный вклад в развитие газовой механики и аэродинамики сделали такие ученные, как Д.И. Менделеев (1834  1907 г.г., работа по воздухоплаванию, кораблестроению, баллистике) и К.Э. Циолковский (1857  1935 г.г., труды по аэродинамическим трубам и космической аэродинамике). Из работ в области механики жидкости и газа ХХ века следует выделить труды Людвига Прандтля (1875  1953 г.г.), создавшего основы современной теории пограничного слоя и значительно развившего теорию турбулентности, на которой основаны практически все современные теплоэнергетические процессы.

Современная гидрогазодинамика развивалась и развивается работами Л.Г. Лойцянского, Г. Шлихтенга, Д.П. Сполдинга, Г.Н. Абрамовича, Бай Шии, И.Л. Повха и др. Для решения конкретных проблем механики жидкости и газа в настоящее время широко используются все методы научного исследования, включая математическое моделирование на современных компьютерах, а также экспериментальные исследования на физических моделях и натуральных образцах.