- •Гидравлика
- •1. Предмет гидравлики
- •2. Общая характеристика жидкости
- •3. Системы единиц измерения
- •4. Силы, действующие на жидкость
- •Следовательно, давление – это сила, которая действует на единицу площади и направлена по нормали.
- •5. Основные физические свойства жидкостей
- •Плотностью однородной жидкости называется отношение массы жидкости к ее объему
- •А касательное напряжение (сила, действующая на единицу площади)
- •Зависимость (5.3) выражает закон вязкого трения Ньютона и справедлива при слоистом (ламинарном) течении жидкости.
- •6. Кинематика
- •6.1. Основные определения. Виды движения
- •Потоки равномерные и неравномерные, напорные и безнапорные
- •6.2. Уравнение неразрывности для потока
- •Если жидкость несжимаема и плотность постоянна, то из (6.2) следует постоянство объёмного расхода q
- •6.3. Расход жидкости и средняя скорость
- •6.4. Изменение скорости вдоль потока
- •7. Гидростатика
- •7.1. Гидростатическое давление и его свойства
- •7.2. Основное уравнение гидростатики
- •7.3. Виды давления
- •7.4. Закон Паскаля
- •7.5. Пьезометрическая высота. Вакуум
- •Приборы для измерения давления
- •7 1.6. Напор. Удельная потенциальная энергия
- •7.7. Эпюра гидростатического давления
- •7.8. Давление жидкости на плоские фигуры
- •7.9. Давление жидкости на криволинейные поверхности
- •7.10. Закон Архимеда
- •7.11. Схемы гидравлических регуляторов
- •8. Динамика жидкости
- •8.1. Полная энергия частицы движущейся жидкости
- •8.2. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости
- •8.3. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •9. Гидравлические сопротивления
- •9.1. Ламинарное и турбулентное движения жидкости
- •9.2. Распределение скоростей и расход в ламинарном потоке
- •9.3. Турбулентное движение и его особенности
- •9.4. Распределение скорости по сечению круглой трубы при турбулентном режиме
- •9.5. Природа гидравлических сопротивлений. Потери по длине и местные
- •10. Экспериментальные результаты по определению потерь при турбулентном движении жидкости
- •10.1. Абсолютная и относительная шероховатость
- •10.2. Закономерности изменения коэффициента гидравлического трения
- •10.3. Зависимости для коэффициента гидравлического сопротивления и области их применения
- •10.4. Местные потери напора
- •Потери напора при внезапном расширении трубы
- •Коэффициенты местных сопротивлений в некоторых практически важных случаях
- •Значения коэффициента потерь при внезапном сужении потока
- •Вход в трубу
- •Значения коэффициента потерь
- •11. Гидравлические расчеты трубопроводов
- •11.1. Классификация трубопроводов
- •11.2. Уравнение для расчета простого трубопровода
- •11.3. Три задачи по расчету простого трубопровода
- •11.4. Последовательное и параллельное соединения трубопроводов Последовательное соединение
- •Параллельное соединение
- •11.5. Движение жидкости в трубах и каналах некруглого сечения
- •11.6. Изменение пропускной способности трубопровода в процессе его эксплуатации
- •11.7. Гидравлический удар в трубопроводах
- •11.8. Сифонный трубопровод
- •11.9. Характеристика трубопровода
- •11.10. Трубопроводы с насосной подачей жидкости
- •11.11. Формула для мощности центробежного насоса
- •11.12. Определение наивыгоднейшего диаметра трубопровода
- •12. Равномерное движение воды в открытых руслах
- •12.1. Условия равномерного движения
- •12.2. Основные расчётные формулы
- •12.3. Геометрические элементы сечения каналов
- •12.4. Основные типы задач по расчёту открытых каналов
- •13. Удельная энергия сечения
- •14. Критическая глубина
- •15. Критический уклон. Спокойные и бурные потоки
- •16. Неравномерное движение воды в открытых руслах
- •16.1. Основные определения
- •16.2. Основное уравнение неравномерного движения
- •16.4. Формы кривых свободных поверхностей для русла с прямым уклоном дна
- •16.5. Построение кривых свободной поверхности
- •17. Истечение жидкости через водосливы
- •17.1. Основные определения и обозначения
- •17.2. Классификация водосливов
- •17.3. Основная формула расхода через водослив
- •17.4. Истечение через водослив с тонкой стенкой
- •17.5. Водослив практического профиля
- •17.6. Водослив с широким порогом
- •18. Гидравлический прыжок
- •18.1. Общие сведения
- •18.2. Основное уравнение гидравлического прыжка в призматическом русле
- •18.3. Прыжковая функция и ее график
- •18.4. Определение сопряженных глубин в призматическом трапецеидальном русле
- •18.5. Определение сопряженных глубин в прямоугольном русле
- •18.6. Длина гидравлического прыжка в прямоугольном русле
- •Литература
- •Оглавление
Гидравлика
А.М. Калякин
Гидравлика
в инженерных приложениях
Учебное пособие
2005
Введение
Учебное пособие предназначено для студентов очно-заочной формы обучения всех специальностей, а также для инженерных работников, желающих повысить уровень подготовки по гидравлике.
Изложены только основные гидравлические законы и уравнения; по этой причине большинство результатов дано без строгих доказательств. В пособии предусмотрены два раздела – основной и дополнительный; все наиболее сложные доказательства и выводы помещены в дополнительную часть.
С целью закрепления и иллюстрации основного материала приведены примеры и задачи; к некоторым задачам даны подробные решения, к другим их не дано и эти задачи рекомендуется решить самостоятельно.
Небольшой объем пособия не позволяет даже в конспективной форме изложить основной курс гидравлики, поэтому пособие в основной части представляет собой набор примеров, подобранных с учетом запросов инженерной практики.
1. Предмет гидравлики
Гидравлика – прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей; на основе теории и опытов она дает способы применения этих законов к решению инженерных задач. На законы гидравлики опираются тесно связанные с ней тепло- и газоснабжение, водоснабжение и канализация, а также гидротехника, гидрометрия и гидрология.
2. Общая характеристика жидкости
Жидкостью называется физическое тело, обладающее текучестью и принимающее форму сосуда, в котором оно находится. Текучесть – основной внешний признак жидкости. Жидкости делят на два вида: капельные и газообразные.
Капельные жидкости (способные образовывать капли) характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной несжимаемостью) и малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям. Это свойство обусловлено незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости. К капельным жидкостям относятся вода, спирт, керосин, бензин, ртуть, нефть и т.д.
Газообразные жидкости (газы) обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопротивления ни растягивающим, ни касательным усилиям и имеют малую вязкость.
В дальнейшем будем применять термин «жидкость» для капельных жидкостей, специально рассматривая случаи газов.
3. Системы единиц измерения
Для изучения механических величин в основном применяются 3 системы единиц измерения: физическая СГС, техническая МКГСС и международная система СИ.
В физической системе за основные единицы приняты: длины – 1 сантиметр; массы – 1 грамм и времени 1 секунда.
В технической системе за основные приняты единицы: длина –1 метр; силы –1 килограмм-сила (1 кгс или сокращено 1 кг) и времени – 1 с. При этом килограмм-сила (1кг) в технической системе представляет собой силу, способную сообщить килограмму массы (1 кг) ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2.
В системе СИ основными единицами являются: единица длины – 1 метр (1 м); единица массы – 1 килограмм (1 кг); единица времени – 1 секунда (1 с).
В этой системе за единицу силы, являющейся производной величиной, принят 1 ньютон (1 Н) – сила, сообщающая одному килограмму массы ускорение 1 м/с2. Полезно иметь в виду, что 1 кг = 9,807 Н; 1 Н = 0,102 кГ.