Введение. Основные положения

Гидравлика, или техническая механика жидкостей, – это наука о законах равновесия и движения жидкостей, о способах применения этих законов к решению практических задач.

Жидкостью называют вещество, находящееся в таком агрегатном состоянии, которое сочетает в себе черты твердого состояния (весьма малая сжимаемость) и газообразного (текучесть). Законы равновесия и движения капельных жидкостей в известных пределах можно применять и к газам.

На жидкость могут действовать силы, распределенные по ее массе (объему), называемые массовыми, и по поверхности, называемые поверхностными. К первым относятся силы тяжести и инерции, ко вторым – силы давления и трения.

Давлением называется отношение силы, нормальной к по­верхности, к площади. При равномерном распределении

.

Касательным напряжением называется отношение силы трения, касательной к поверхности, к площади

.

Если давление р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным (р_абс), а если от условного нуля (т.е. сравнивают с атмосферным давлением p_a), то избыточ­ным (р_изб)

р_абс= р_изб+ р_а.

Если р_абс<р_а, то имеется вакуум, величина которого р_вак=р_а­­­–р_абс.

Основной физической характеристикой жидкости является плотность  (кг/м³), определяемая для однородной жидкости отношением ее массы m к объему V

.

Плотность пресной воды при температуре T=4­­⁰C =1000 кг/м³. В гидравлике часто пользуются также понятием удельного веса  (Н/м³), т.е. весом G единицы объема жидкости

.

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением =g,

где g — ускорение свободного падения.

Для пресной воды _вод=9810 Н/м³ *.

­­­­­­­­­­­­­* При решении задач данного сборника допускается принимать _вод=10⁴ Н/м³

Важнейшие физические параметры жидкостей, которые используются в гидравлических расчетах, – сжимаемость, температурное расширение, вязкость и испаряемость.

Сжимаемость жидкостей характеризуется модулем объемной упругости К, входящим в обобщенный закон Гука

где V – приращение (в данном случае уменьшение) объема жидкости V, обусловленное увеличением давления на р. Например, для воды К_вод≈210³МПа.

Температурное расширение определяется соответствующим коэффициен-том, равным относительному изменению объема, при изменении температуры на 1⁰С

.

Вязкость – это способность жидкости сопротивляться сдвигу. Различают динамическую () и кинематическую () вязкости. Первая входит в закон жидкостного трения Ньютона, выражающий касательное напряжение  через попере­чный градиент скорости

.

Кинематическая вязкость связана с динамической соотношением

.

Единицей кинематической вязкости является м²/с.

Испаряемость жидкостей характеризуется давлением на­сыщенных паров в функции температуры.

Давлением насыщенных паров можно считать то абсо­лютное давление, при котором жидкость закипает при данной температуре. Следовательно минимальное абсолютное давление при котором вещество находится в жидком состоянии, равно давлению насыщенных паров р_н.п..

Основные параметры некоторых жидкостей, их единицы в СИ и внесистемные единицы, временно допускаемые к при­менению, приведены в Приложениях 1…3.