Гидравлика

Курс лекций

Введение

Гидравлика – прикладная инженерная наука, в которой изучаются законы равновесия и движения жидкостей, а также методы применения этих законов для решения технических задач.

Развитие гидравлики шло двумя параллельными путями. Первый путь – теоретический, когда с помощью математического анализа решаются задачи механики жидкости как непрерывно деформируемой сплошной среды. Вопросами теоретического анализа занимается теоретическая гидромеханика. Необходимо, однако, отметить, что решение многих задач гидромеханики чрезвычайно сложно; как правило, оно сводится к уравнениям в частных производных, имеющим решения лишь в ограниченном количестве случаев.

Второй путь – экспериментальный. На этом пути получено большое количество ценных результатов в тех случаях, когда теоретическое решение задач на сегодняшнем уровне развития гидромеханики вообще невозможно.

В настоящее время происходит интенсивное развитие гидравлики по обоим направлениям. Применение ЭВМ во много раз расширяет возможности теоретического решения проблем гидродинамики; с другой стороны, появление новой высокоточной аппаратуры и новых, совершенных методик эксперимента увеличивает возможности эксперимента в решении задач гидравлики и поиске оптимальных инженерных решений.

Современные города невозможно представить без развитых гидравлических систем тепло - и водоснабжения, водоотведения. Расчет и проектирование этих систем, а также гидротехнических сооружений, гидротурбин, гидроприводов основаны на закономерностях гидромеханики

Гидравлика как наука начала развиваться в далёкой древности. Известный закон Архимеда о силе, действующей на погружённое в жидкость тело (250г. до н.э.), дошёл до наших дней. После этого, вплоть до работы Леонардо да Винчи «О движении и измерении воды», работ в области гидравлики не появлялось. Последующее развитие гидравлики началось в 16−17 веках. Сюда относятся работы Г. Галилея «О телах, пребывающих в воде», голландского учёного Стевина «Начало гидростатики», Э. Торичелли – об истечении жидкости, Б. Кастелли – о движении жидкости в каналах,

Б. Паскаля, сформулировавшего закон о передаче давления в жидкости;

И. Ньютона, впервые изложившего основы внутреннего трения в жидкости и установившего закон динамического подобия.

В самостоятельную науку гидравлика сформировалась только после работ, выполненных Д. Бернулли и Л. Эйлером в Российской академии наук. В своём труде «Гидродинамика» (1738) Д. Бернулли получил широко известное уравнение, являющееся основным уравнением гидравлики. Л. Эйлер в работе «Общие признаки движения жидкости» (1755) вывел дифференциальные уравнения равновесия и движения жидкостей.

Большой вклад в гидравлику внесли французские учёные А. Шези,

А. Дарси, Л. Навье, немецкие учёные Л. Прандтль, Т. Карман, Г. Шлихтинг, англичане У.Фруд, О. Рейнольдс, Дж. Стокс и другие.

Из отечественных учёных следует отметить И.С. Громеко − основателя изучения вихревого движения жидкости. Н.П. Петров опубликовал работу «Гидродинамическая теория трения при наличии смазывающей жидкости» (1882), принёсшую ему мировую известность. В.Г. Шухов в 1886 г. выполнил исследования движения вязких жидкостей (в приложении к нефти).

Великий русский учёный Н.Е. Жуковский в 1898 г. решил задачу о гидравлическом ударе в трубах, создал теорию фильтрации подземных вод, совместно с С.А.Чаплыгиным развил теорию Н.П. Петрова гидродинамической смазки подшипника, разработал теорию подъемной силы крыла, применяемую в авиации и для расчета рабочих колёс турбин и насосов.

А.Н. Крылов и С.О. Макаров создали теорию устойчивости и незатопляемости кораблей. Л.С. Лейбензон создал теорию движения вязких жидкостей, Н.Н. Павловский предложил метод решения фильтрационных задач, основанный на гидродинамических аналогиях (ЭГДА).

Работы М.В. Келдыша, М.А. Лаврентьева, Л.И. Седова, Л.Г. Лойцянского,

А.Н. Колмогорова и др. явились основополагающими для многих современных направлений гидромеханики.

В результате содружества науки и производства гидравлика превратилась в передовую практическую науку. В НИИ и ВУЗах выполняются исследовательские работы по дальнейшему развитию гидромеханики и созданию новых, более совершенных устройств и сооружений инженерной гидравлики.