§ 1-7. Состав курса гидравлики примеры практического приложения гидравлики

Курс гидравлики (технической механики жидкости) разбивается на два раздела: гидростатику, где рассматривается покоящаяся жидкость и гидродинамику, где изучается движущаяся жидкость.

Раздел, посвященный гидростатике, сравнительно невелик (глава 2). Что касается раздела гидродинамики, то он, в свою очередь, разбивается на две основные части.

Первая часть гидродинамики (главы 3 и 4) посвящается научным основам гидродинамики. В этой части даются основные понятия и определения, выводятся и поясняются общие уравнения гидравлики, рассматривается вопрос о силах трения в жидкости.

Вторая (наиболее обширная) часть гидродинамики посвящается различным практическим приложениям. В этой части поясняются расчеты движения жидкости в трубопроводах и открытых руслах, рассматривается истечение жидкости через отверстия, даются расчеты движения воды в порах грунта и т. п.

Рис. 1-11. Схема гидроузла (в искаженном масштабе)

А - плотина; В - канал; С - область фильтрации воды под плотиной

Для примера на рис. 1-11 представлен (в искаженном масштабе) продольный вертикальный разрез реки, прегражденной плотиной А. Эта плотина создает подпор воды в реке, причем часть воды переливается через плотину, другая же часть ее поступает в канал В, который отводит воду из реки к месту расположения гидростанции или на поля орошения и т. п.

Проектируя гидротехнический узел сооружения, показанный на рис. 1-11, приходится, используя аппарат гидравлики, решать следующие практические вопросы:

1. Подпор Z, созданный плотиной, обусловливает затопление берегов. С тем чтобы определить степень затопления берегов в различных местах реки, необходимо по правилам гидравлики построить кривую — свободную поверхность потока, которая получается после постройки плотины. Кривую надо знать также и для того, чтобы оценить глубины в реке, необходимые, например, для судоходства.

2. Чтобы обеспечить пропуск воды в определенном количестве через гребень плотины, необходимо иметь достаточную длину этого гребня и высоту (см. чертеж), которые также устанавливаются по правилам гидравлики.

3. Вода, переливаясь через плотину, может подмыть плотину с низовой ее стороны. Поэтому за плотиной должны быть созданы такие гидравлические условия, при которых опасный размыв дна реки был бы невозможен.

4. Если плотина построена на песчаном основании, то вода будет просачиваться через грунт основания, как это показано стрелками на чертеже. Это просачивание (фильтрацию воды) приходится оценивать соответствующими гидравлическими расчетами.

5. Наконец, необходимые размеры отводящего канала и размеры трубопроводов, устраиваемых перед гидростанцией, также должны определяться при помощи гидравлических расчетов.

Аппарат гидравлики широко используется не только при проектировании, постройке и эксплуатации объектов энергетического, воднотранспортного и гидромелиоративного строительства. Этот аппарат также находит широкое применение при проектировании систем водоснабжения и канализации, гидравлических машин и т. п.

Следует подчеркнуть, что в учебном курсе гидравлики даются только основы этой дисциплины. Дальнейшее развитие основ гидравлики и практические приложения их, тесно связанные с проектированием и конструированием сооружений, приходится излагать в таких учебных курсах, как, например, «Гидротехнические сооружения» [1-8; 1-9], «Использование водной энергии» [1-2], «Инженерная мелиорация», «Водный транспорт» [1-4], «Водоснабжение» [1-1] и др.