Вопросы к экзамену по дисциплине «Гидравлика и гидропривод»
Предмет курса «Гидравлика и гидропривод». Основные этапы развития гидравлики как инженерной науки.
Физическое понятие жидкости как агрегатного состояния вещества.
Реальная и идеальная жидкость. Понятие вязкости.
Вязкость, как свойство жидкости.
Основные физические свойства реальных жидкостей.
Поверхностное натяжение. Капиллярный эффект.
Классификация сил, действующих на жидкость.
Свойства гидростатического давления.
Уравнение равновесия покоящейся жидкости.
Основное уравнение гидростатики.
Понятие абсолютного и избыточного давления. Пьезометрическая высота. Вакуум.
Приборы для измерения давления.
Сообщающиеся сосуды. Закон Паскаля.
Относительный покой жидкости.
Поверхности равного давления.
Сила гидростатического давления, действующая на плоскую фигуру.
Определение положения центра давления на плоскую фигуру. Понятие эксцентриситета давления.
Сила гидростатического давления.
Построение эпюр гидростатического давления.
Закон Архимеда, плавание тел.
Линия тока, элементарная струйка.
Классификация видов движения жидкости.
Понятие расхода жидкости, средней скорости, живого сечения, гидравлического радиуса, смоченного периметра.
Дифференциальное уравнение неразрывности потока.
Дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости.
Вывод уравнения Бернулли для идеальной жидкости.
Геометрическая и энергетическая интерпретация уравнения Бернулли.
Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости.
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.
Пример использования уравнения Бернулли в технике.
Понятие ламинарного и турбулентного режимов движения реальных жидкостей.
Критическое значение критерия Рейнольдса и его вывод.
Ламинарный режим движения. Распределение скорости жидкости по сечению потока.
Определение расхода жидкости и средней скорости ламинарного потока.
Понятие пульсационной, мгновенной, осредненной и средней скоростей течения.
Закон внутреннего трения Ньютона. Гипотеза турбулентности Прандтля.
Дифференциальное уравнение движения реальной жидкости Навье-Стокса.
Критерии гидромеханического подобия.
Природа потерь напора, их связь с режимом движения жидкости.
Уравнение Дарси-Вейсбаха для расчета потерь напора по длине трубопровода.
Понятие гидравлически гладких и шероховатых труб.
Потери напора при турбулентном режиме движения.
Графики Никурадзе.
Условие возникновения местных потерь напора.
Резкое расширение трубопровода. Формула Борда.
Случаи местных сопротивлений, наиболее часто встречающиеся в инженерной практике.
Истечение жидкости через отверстие. Типы сжатия струи.
Коэффициенты истечения
Определение коэффициентов
при истечении жидкости через малое и
большое отверстие в тонкой стенке.Определение коэффициентов
при истечении жидкости через затопленное
малое отверстие.Истечение через насадки. Типы и применение насадков.
Истечение жидкости через внешний цилиндрический насадок.
Истечение жидкости через отверстие при переменном напоре. Время опорожнения сосуда.
Классификация трубопроводов.
Гидравлический расчет простых трубопроводов.
Характеристика трубопроводов. Кривые потребного напора.
Последовательное и параллельное соединение простых трубопроводов.
Расчет разветвленного трубопровода.
Классификация насосов.
Принцип действия динамических насосов.
Основные характеристики насосов.
Устройство и принцип действия центробежного насоса.
Движение жидкости в рабочем колесе центробежного насоса.
Основное уравнение центробежного насоса.
Характеристики центробежного насоса.
Законы пропорциональности для центробежных насосов.
Совместная работа насоса и трубопровода.
Определение рабочей точки системы насос-трубопровод.
Регулирование подачи центробежных насосов.
Последовательное и параллельное соединение насосов.
Общие сведения об объемных насосах.
Принцип действия объемных насосов.
Рабочие характеристики объемных насосов.
Устройство и принцип действия поршневых насосов.
Роторные насосы.
Объемный гидропривод. Основные понятия и определения.
Гидролинии. Гидроемкости. Рабочие жидкости. Принципиальные схемы.
1. Предмет курса «Гидравлика и гидропривод». Основные этапы развития гидравлики как инженерной науки.
Гидравлика (греч. «хюдор» - вода и «аулос» - труба, канал, струя) – прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкости и разрабатывающая на основе теории и эксперимента способы применения этих законов к решению различных задач инженерной практики. Гидравлика – очень древняя наука. За несколько тысяч лет до нашей эры в Индии, Китае, в Египте, странах Ближнего и Среднего востока уже строились различные гидротехнические сооружения: каналы, платины, водяные колеса. Первым научным трудом в области гидравлики считается написанный примерно за 250 лет до н.э. трактат Архимеда «О плавающих телах», в котором величайший ученый древности сформулировал закон о давлении жидкости на погруженное в нее тело. Особое развитие гидравлика получила в средние века. В XV веке Леонардо да Винчи написал труд «О движении и измерении воды в тесных сооружениях», опубликованный через 307 лет после его смерти в 1826 году. В 1586 году голландский ученый Симон Стевин опубликовал работу «Начало гидростатики». В XVI – XVII веках Г. Галилей, Э. Таричелли, Б. Паскаль и И. Ньютон проводили исследования, позволившие разработать основы гидромеханики. В 1755 – 1756 годах выходят в свет работы Л.П. Эйлера, где впервые приводится полная система дифференциальных уравнений равновесия и движения идеальной ж. Основоположниками гидравлики как самостоятельной науки являются члены Петербургской академии наук М.В. Ломоносова, Д.И. Бернулли, Л.П. Эйлер. В 1738 году была опубликована работа Д. Бернулли «Гидравлика или записки о силах движения жидкости», в которой установлена зависимость между давлением и скоростью в элементарной струйке идеальной жидкости. Представляют интерес такие работы Шизе, Вентури, Вейсбаха, Дарси, Базена и Рейнольдса. Труды этих ученых посвящены главным образом изучению турбулентности потоков и установлению общих законов сопротивления движению вязких жидкостей, а также исследованию движения жидкости в трубах, каналах и на водосливах. Большое внимание уделено в них также разработке теории размерности и подобия и постановке лабораторных экспериментов.
В 1791 году вышла в свет первое русское руководство по гидравлике А. Колмакова «Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстие или по желобам, также и силы, какой они ударяют, стремясь с данной скоростью».
Большой вклад в развитие гидравлики принесли советские ученые: А.Н. Колмогоров (теория турбулентности), Н.Н Павловский (теория фильтрации, равномерное и неравномерное движение жидкости), И.Н. Куколевский (теория машиностроительной гидравлики), С.А.Христианович (неустановившиеся движения жидкости) и многое другие.
2. Физическое понятие жидкости как агрегатного состояния вещества.
Жидкость – это тело, обладающее свойством текучести, легкой подвижностью, способное изменять свою форму под воздействием внешних сил и температурных изменений. Жидкость также является агрегатным состоянием вещества, промежуточным между твёрдым и газообразным состояниями. Жидкость, сохраняя отдельные черты, как твёрдого тела, так и газа, обладает рядом только ей присущих особенностей, из которых наиболее характерная – текучесть и способность изменять свою форму под воздействием внешней силы. Подобно твёрдому телу, жидкость сохраняет свой объём, имеет свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т.д. С другой стороны, жидкость принимает форму сосуда, в котором находится. Жидкость состоит из молекул, объем пустот между которыми намного превосходит объем самих молекул. Причем в жидкостях и твердых телах объем пустот между молекулами меньше, а межмолекулярные силы больше, чем в газах, поэтому они малосжимаемы по сравнению с газами. Жидкости разделяются на сжимаемые (газообразные) и несжимаемые или малосжимаемые (капельные). Несмотря на это, различные законы движения капельных жидкостей и газов при некоторых условиях можно считать одинаковыми. Например, при скорости течения газа, значительно меньшей скорости звука, можно сжимаемостью газа пренебречь, как это имеет место в некоторых газопроводах, вентиляционных системах и системах кондиционирования воздуха.