Калицун В.И. – гидравлика, водоснабжение. Железняков – гидравлика и гидрология.

МДТТ 369

Наука, изучающая законы движения и равновесия жидкостей и взаимодействия жидкости с твердыми телами, полностью или частично погруженными в жидкость, называется гидромеханикой, прикладную гидромеханику (техническую) называют гидравликой.

Жидкость – это непрерывная среда, обладающая свойством текучести, то есть способность неограниченно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил, но в отличие от газов мало изменять свою плотность.

Для исследований гидравлических явлений применяют два метода: аналитический и экспериментальный. В аналитическом методе применяют уравнение механики и получают уравнение движения и равновесия жидкости, устанавливающее зависимость между кинематическими и динамическими характеристиками жидкости. Для решения названных уравнений в аналитическом методе используют модельную жидкость (у нее убирают некоторые условные характеристики, это идеальная жидкость, она не оказывает сопротивления).

В гидравлике изучается несколько разделов:

1. Гидростатика

2. Гидродинамика

3. Гидромашины

4. Гидропривод

Гидростатика

Гидростатика изучает покоящуюся жидкость (равновесие). Жидкости делят на капельные и газообразные (пары). Капельная жидкость несжимаемое или весьма мало сжимаемое вещество.

Все жидкости, кроме воды характеризуются уменьшением плотности с увеличением температур. Плотность воды будет максимальна при температуре, равной 4 °C, и будет уменьшаться, как и при увеличении, так и при уменьшении.

Для решения задач применяют плотность воды при температуре 4 °C равной 1000 кг/м³.

Силы, действующие в жидкости

1. Внутренняя: это силы взаимодействия между молекулами (частицами)

2. Внешняя: силы, приложенные извне, со стороны других физических тел.

   1. Массовые (объемные), действующие на все частицы жидкости, находящиеся в данном объеме (вес жидкости, сила инерции, гравитационные силы).

   2. Поверхностные, приложены к поверхности, ограничивающей данный объем жидкости (сила давления, центробежная сила)

Основные физические свойства жидкости

1. Удельный вес жидкости

2. Плотность жидкости

3. Сжимаемость – это свойство жидкости изменять объем при изменении давления и характеризуется объемом сжатия. Температурное расширение жидкости – свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры и характеризуется коэффициентом температурного расширения

4. Вязкость жидкости – это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу частиц жидкости). На поверхности соприкосновения слоев жидкости в потоке возникает сила внутреннего трения, называемая касательной силой. .

Задача 1. Определить плотность жидкости, получившейся смешиванием:

Задача 2. Определить повышение давления, при котором начальный объем воды уменьшится на 1 %:

Гидростатическое давление и его свойство.

Жидкость, находящаяся в покое подвергается действию внешних сил двух категорий: массовых и поверхностных. В результате этого под действием названных сил в каждой точке жидкости возникают внутренние силы, характеризующие ее напряженное состояние.

Свойства гидростатического давления:

1. Гидростатическое давление всегда направлено во внутрь объема и нормально к площадке действия.

2. Гидростатическое давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям, то есть не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует.

Px, Py, Pz, Pn – это силы гидростатического давления

Система дифференциальных уравнений покоящихся жидкостей выражает закон распределения гидростатического давления.

Основное уравнение гидростатики.

Рассмотрим покоящуюся жидкость

Основное уравнение гидростатики звучит следующим образом: давление в данной точке покоящейся жидкости равно сумме давлений Pо, действующее на свободную поверхность и сумму давлений внешнего и весового давлений.

Анализируя уравнение (*) получаем, что давление, приложенное к свободной поверхности передается во все точки жидкости без изменения. Это положение называется законом Паскаля. Из него следует, что сила давления на площадку внутри жидкости пропорциональна к площади этой площадки.

В основу принципа действия многих гидравлических машин положены законы гидравлики, и одним из наиболее широко применяемых является закон Паскаля.

• Абсолютное давление

• Дизэлектрическая высота

• Вакуум

Абсолютное давление в точке а состоит из внешнего давления на свободную поверхность Po и монометрического или избыточного давления, которое создает давление над рассматриваемыми точками.

Изометрическая высота показывает избыточное давление в точке, где присоединена трубка.

Недостаток давления до атмосферного есть вакуум. Есть прибор для измерения вакуума – вакуумметр.

Есть понятие изометрический напор – сумма изометрической высоты h_p и высоты положения данной точки относительно плоскости сравнения.