Передмова

Знання законів гідравліки є однією з необхідних умов інтенсивного розвитку промисловості й підвищення її ефективності, пов'язаної з розробкою нових технологій, зниженням матеріальних і енергетичних витрат на виробництво продукції, підвищенням її якості та забезпеченням екологічної безпеки.

Науковою базою цієї дисципліни є основні закони природи, такі як перший закон термодинаміки, закони збереження маси і кількості руху (імпульсу). У ній використовуються найважливіші теоретичні положення фізики, термодинаміки, хімії, математики та інших дисциплін.

"Гідравліка" - це навчальна дисципліна, яка входить в базову (загальнопрофесійну) частина професійного циклу Федерального державного освітнього стандарту вищої освіти (ФГОС ВО) для бакалаврів. У сукупності з іншими дисциплінами базової частини професійного циклу ФГОС ВО дисципліна "Гідравліка" забезпечує інструментарій формування професійних компетенцій бакалавра.

В результаті вивчення дисципліни "Гідравліка" бакалавр повинен:

знати

  • • основні фізико-механічні властивості рідин;
  • • закони гідростатики та гідродинаміки;
  • • прилади та методи вимірювання тиску;
  • • прості гідравлічні машини;
  • • методи визначення витрати рідини;
  • • диференціальні рівняння нерозривності, Ейлера і Нав'є - Стокса;
  • • рівняння Бернуллі;
  • • теорію гідродинамічної подібності;
  • • основи математичного моделювання гідромеханічних процесів;
  • • режими течії рідин (ламінарний і турбулентний);
  • • класифікацію гідравлічних втрат (лінійні втрати напору і втрати напору в місцевих опорах);
  • • закономірності витікання рідини через отвори, насадки і водозливи;
  • • основні теоретичні положення з розробки комп'ютерних моделей складних багатокільцеву розгалужених трубопровідних систем;

вміти

  • • виконувати математичні розрахунки гідравлічних процесів і пристроїв;
  • • складати математичні та комп'ютерні моделі гідродинамічних процесів і пристроїв;
  • • проводити гідравлічний розрахунок трубопроводів;
  • • застосовувати знання аналітичних і чисельних методів до вирішення конкретних завдань гідромеханіки;
  • • використовувати комп'ютерні моделі для проектування трубопровідних систем;
  • • виконувати гідравлічні розрахунки трубопроводів за визначенням втрат напору;
  • • використовувати на практиці прилади та методи визначення швидкостей, тисків і витрат рухомих рідин;

володіти

  • • навичками застосування основних законів гідравліки до вирішення конкретних прикладних завдань;
  • • методами вимірювання параметрів гідродинамічних процесів;
  • • навичками застосування сучасних засобів вимірювання параметрів рухомих рідин;
  • • навичками використання методів подібності та математичного моделювання в гідромеханіці;
  • • навичками роботи на сучасних засобах обчислювальної техніки.

Вивчення дисципліни "Гідравліка" базується на знаннях, отриманих студентами в ході вивчення термодинаміки, теплотехніки, математики, теоретичної механіки та інших дисциплін.

Матеріали даного видання можуть бути використані при вивченні дисциплін "Промислова теплоенергетика", "Теплові електричні станції", "Парові турбіни", "Енергетика теплотехнологій", "Автоматизація теплоенергетичних процесів", "Водопідготовка", "Гідравліка та гідравлічні машини", " Механіка рідини і газу "та ін. у вищих і середніх навчальних закладах Росії і країн СНД.

У підручнику використовувалися праці таких відомих вчених у галузі гідравліки, як Л. Ейлер, Д. Бернуллі, І. Ньютон, Л. Нав'є, Д. Г. Стокс, II. Е. Жуковський, О. Рейнольдс, Л. Прандтль, Т. Карман, Г. Шлихтинг, Л. Г. Лойцянський, І. І. Агроскин, Н. П. Петров, І. А. Парний, Є. Я. Соколов, Є. 3. Рабинович, Б. С. Петухов, А. В. Ликов, П. В. Цой, А. Д. Альтшуль, Р. Р. Чугаєв, А. І. Богомолов, І. Л. Повх, С. В. Ізбаш, Н. Е. Кочин, Т. М. Башта, В. С. Яблонський.

Книга складається з дев'яти глав.

У першому розділі представлено короткий історичний огляд розвитку гідравліки (включаючи сучасні тенденції), дано визначення науки гідромеханіки, розглянуті одиниці вимірювання фізичних величин, застосовуваних у гідравліці.

У другому розділі наведено основні фізико-механічні властивості рідин, дається визначення в'язкості, аналіз її залежності від температури і тиску, наведені пристрої для її виміру. Розглянуто закон Ньютона для дотичного напруження в рухомої рідини і виконаний його аналіз.

У третьому розділі розглянуті основні положення гідростатики, дано визначення гідростатичного тиску, виводяться диференціальні рівняння рівноваги рідини (рівняння Ейлера для гідростатики). Наведено відомості про методи і приладах для вимірювання тиску, дається висновок формул розрахунку сил тиску на поверхні різної форми, розглянуті прості гідравлічні машини (гідравлічний прес і гідравлічний акумулятор), дається висновок закону Архімеда, а також розглянуті умови плавучості і остійності тіл, частково занурених у рідина.

У четвертому розділі книги наведені основні положення гідродинаміки і, зокрема, розглянуто два методи дослідження рухомої рідини (Л. Ейлера і Ж. Л. Лагранжа), дано визначення траєкторій частинок і ліній струму, наведено обґрунтування струйчатой моделі руху рідини, представлені формули для розрахунку середньої швидкості і витрати рідини. Розглянуто основні положення кінематики рідини. Дається висновок диференціальних рівнянь руху ідеальної (нев'язкої) рідини (рівнянь Ейлера для гідродинаміки), диференціальних рівнянь руху реальної (в'язкої) рідини (рівнянь

Нав'є - Стокса), рівняння нерозривності в змінних Ейлера, рівняння Бернуллі для елементарної цівки ідеальної і реальної рідини, а також для потоку реальної рідини. Наведено приклади практичного застосування рівняння Бернуллі, і зокрема дані основні положення, пов'язані з вимірюванням витрати рідини за допомогою трубки Вентурі, сопла і діафрагми.

У п'ятому розділі розглянуті основні поняття і визначення теорії гідродинамічної подібності та математичного моделювання процесів гідродинаміки. Сформульовано теореми теорії подібності, виведені критерії подібності та пояснення їх фізичний зміст, розглянуто метод аналізу розмірностей. Наведено приклади вирішення конкретних завдань гідромеханіки, описуваних гіперболічними (хвильовими) рівняннями, і зокрема задач про гідравлічному ударі в трубопроводі, про розгінний перебігу рідини з урахуванням її релаксаційних властивостей, дані результати отримання аналітичного рішення крайової задачі про формування динамічного прикордонного шару.

У шостій главі розглянуті режими течії рідини (ламінарний і турбулентний) і дана класифікація гідравлічних втрат. Дається висновок основного рівняння рівномірного потоку, розглянуті основні положення гідродинамічної теорії мастила, наводиться аналіз структури турбулентного потоку, розглянуті напівемпіричні теорії турбулентності, наведені експериментальні графіки І. Нікурадзе і А. П. Зегжда для визначення коефіцієнта гідравлічного опору (коефіцієнта тертя), дані основні формули визначення лінійних втрат напору і втрат напору в місцевих опорах.

У сьомому розділі наведено методи гідравлічного розрахунку трубопроводів, і зокрема представлений гідравлічний розрахунок простого і складного трубопроводів, способи побудови гідравлічних характеристик трубопроводів, дан гідроенергетичний баланс насосної установки, розглянуті гідравлічний удар і кавітація в трубах.

У восьмому розділі дано основні розрахункові формули витікання рідини через отвори, насадки і водозливи. Зокрема, наведені формули розрахунку витікання через малий отвір у тонкій стінці, великий отвір, затоплене отвір, витікання рідини при змінному напорі, витікання через насадки (циліндричні, конічні, коноідальние). Наведено гідравлічний розрахунок відкритих русел, а також виведені співвідношення для розрахунку взаємодії потоку і твердого тіла. Дана класифікація водозливів і приведений їх гідравлічний розрахунок.

У дев'ятій главі представлені теоретичні положення розрахунку кільцевих розгалужених гідравлічних мереж за допомогою комп'ютерних моделей. Визначено основні завдання гідравлічного розрахунку, дані основні розрахункові залежності для визначення втрат тиску, дані принципи побудови пьезометріческіх графіків, наведена крива економії потужності при використанні насоса з регульованим приводом залежно від витрати через нього. Розглянуто конкретні приклади застосування комп'ютерних моделей для моніторингу теплових мереж великих міст, проектування нових ділянок тепломереж, аналізу циркуляційних систем теплових електричних станцій (ТЕС), а також для аналізу руху товарів на ринках і створення ринку теплової енергії.

Після кожної глави наводяться приклади з рішеннями, а також завдання для самостійної роботи студентів.

Цей підручник призначений для студентів вузів і коледжів, які навчаються за технічними і технологічними напрямками, а також фахівців, що працюють у галузі механіки рідини і газу, гідравліки та гідравлічних машин.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >