Введение

Изучение курса “Гидравлика” включает в себя работу с книгой, решение задач, проведение лабораторных работ, ответы на вопросы для самопроверки и выполнение контрольных заданий.

При изучении курса студент-заочник должен выполнить два контрольных задания. Первое – включает вопросы, на которые должны быть даны письменные ответы. Второе – решение задач.

Задания, оформленные в соответствии с правилами технического оформления контрольных заданий, студент должен выслать в университет для проверки. Только после защиты заданий и лабораторных работ студент допускается к аттестации по всему курсу.

1. Указания к изучению теоретической части

Прикладная механика жидкости и газа – инженерная дисциплина, рассматривающая основные задачи движения и равновесия жидкостей и газов в естественных и искусственных руслах, сооружениях и машинах.

Знание законов механики жидкости и газа необходимо для решения многих технических задач, возникающих при строительстве промышленных и гражданских сооружений, например, понижение уровня грунтовых вод при устройстве котлованов и глубоких выемок, отвод воды из котлованов; отвод дождевых и снеговых вод с городской территории, устройств водостоков; определение ветровой нагрузки на здания и сооружения; расчёт трубопроводов различного назначения (при устройстве водоснабжения, газоснабжения, вентиляции, отопления, канализации и пр.), расчёт отверстий дорожных труб и др.

Прикладная механика жидкости и газа является также базой для изучения ряда специальных дисциплин, таких как водоснабжение, канализация, отопление, вентиляция, газоснабжение, теплоснабжение и др. Механику жидкости и газа изучают после математики, физики, теоретической механики и сопротивления материалов, но до прохождения специальных дисциплин. Понимание законов механики жидкости и газа позволит студенту сознательно подойти к изучению специальных дисциплин и в значительной степени облегчит их усвоение, а в будущей инженерной деятельности даст возможность самостоятельно решать многие вопросы, непосредственно связанные с движением и равновесием жидкостей и газов.

1.1. Основные физические свойства жидкостей

Основные законы гидравлики те же, что в механике твердых тел: они основаны на законах движения Ньютона. Однако применение этих законов к задачам гидравлики отличается некоторыми особенностями из-за разницы между свойствами жидкостей и твердых тел. Поэтому изучение гидравлики целесообразно начать с определения и оценки основных свойств жидкостей.

Жидкости (в отличие от твердых тел) оказывают слабое сопротивление изменению своей формы, но в отличие от газов оказывают сильное сопротивление изменению своего объема. Сопротивление жидкостей изменению объема характеризуется коэффициентами температурного расширения β_t и объемного сжатия βv (величина, обратная модулю упругости Е₀). В большинстве случаев, встречающихся в строительной практике, изменения объема воды, связанные с изменением давления и температуры, незначительны и ими можно пренебречь, считая удельный вес практически постоянным. В Международной системе единиц (СИ) удельный вес выражается в ньютонах на кубический метр (Н/м³). Удельный вес воды при 4⁰С равен γ_в⁴=9810 Н/м³=0,00981 Н/см³.

Коэффициент объемного сжатия βv в системе СИ выражается в метрах квадратных на ньютон (м²/Н), а модуль упругости Е₀ – в паскалях (Па). При переводе единиц коэффициента объемного сжатия и модуля упругости можно пользоваться соотношениями: 1 кгс/м²=9,81Па; 1м²/кгс=0,102 м²/Н.

Сопротивление жидкостей изменению своей формы характеризуется вязкостью. При движении жидкости между отдельными слоями жидкости или частицами возникают силы трения, описываемые законом Ньютона. Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

В системе СИ динамическая вязкость имеет размерность [μ] = Па^.с (паскаль-секунда), кинематическая - [ν] = м²/с. При температуре 20⁰ ν = 10^-6 м²/с.

Числовые значения удельного веса и вязкости воды в обычных условиях рекомендуется помнить наизусть.