В.В. Бородкин

ГИДРАВЛИКА:

КУРС ЛЕКЦИЙ

Учебное пособие

Воронеж 2009

ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.В. Бородкин

ГИДРАВЛИКА:

КУРС ЛЕКЦИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

В оронеж 2009

УДК 532.5 (075.8)

Бородкин В.В. Гидравлика: курс лекций: учеб. пособие / В.В. Бородкин. Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009. - 166 с.

В курсе лекций на основании общих законов и уравнений статики и динамики рассматриваются основные закономерности гидравлики и их приложение к решению практических задач.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151001 «Технология машиностроения», дисциплине «Гидравлика».

Курс лекций предназначен для студентов всех форм обучения и может быть полезен аспирантам и специалистам в области гидравлики (механики жидкости и газа).

Курс лекций подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержится в файле КЛ ГИДРАВЛИКА.doc.

Ил. 44. Библиогр.: 12 назв.

Рецензенты: кафедра автоматизации производственных

процессов ВГЛТА (зав. кафедрой д-р техн. наук,

проф. В.С. Петровский);

д-р техн. наук, проф. И.А. Чечета

© Бородкин В.В., 2009

© Оформление. ГОУ ВПО «Воронежский

государственный технический университет», 2009

Введение

Гидравлика - наука, входящая в цикл механических дисциплин, изучающая законы равновесия и движения жидких и газообразных тел и применение этих законов для решения технических задач.

Дисциплина базируется на высшей математике (теория поля, дифференциальные уравнения), физике (механика, свойства жидкостей и газов), теоретической механике.

Специфика механики жидкости и газа обусловлена легкой деформируемостью материала тел, являющихся объектом изучения. Отсюда следует специфическая форма записи общих законов сохранения массы, импульса, энергии и соответствующие специфические методы их решения. Многие численные методы решения нелинейных уравнений в частных производных разработаны и разрабатываются применительно к задачам гидравлики.

Важнейшей частью гидравлики является эксперимент, который служит как для первичного изучения явления, так и для создания адекватных расчетных схем, причем одним из важнейших объектов эксперимента являются поля скоростей и давлений.

Развитие дисциплины связано с использованием численных методов для определения влияния диссипативных процессов и нелинейных эффектов, являющихся наиболее существенными чертами предмета, а также с включением задач течения жидкости с физическими и химическими эффектами, которые могут послужить основой создания новых высоких технологий в том числе для разработки высоко экологических производств (облитерация, эффект Томса, электромагнитные явления, течения с химическими реакциями и т. д.). Без знания основ теории турбулентности невозможно грамотно решать задачи охраны окружающей среды.

1. Лекция №1

1.1. Предмет механики жидкости и газа

Законы движения жидкостей и газов изучаются в механике жидкостей и газов. Историческое развитие механики жидкостей и газов шло двумя различными путями.

Первый путь - теоретический, основанный на законах механики. Он привел к созданию теоретической гидромеханики. Однако методы теоретической гидромеханики не всегда дают ответы на вопросы, выдвигаемые практикой.

Второй путь - путь широкого привлечения эксперимента – привел к созданию гидравлики, которая в начальный период была наукой чисто эмпирической.

В настоящее время теоретическая гидромеханика все чаще прибегает к эксперименту и, таким образом, различие в методах этих двух направлений постепенно исчезает.

Жидкости и газы, являющиеся объектом изучения в гидромеханике, обладают двумя основными свойствами: сплошностью и легкой подвижностью, или текучестью.

Все тела состоят из постоянно движущихся молекул, которые при своем движении взаимодействуют между собой.

Для газов, у которых длина свободного пробега молекул существенно зависит от температуры и давления, условия сплошности выражаются в том, что линейные характерные размеры области течений велики по сравнению с длиной свободного пробега молекул. Поэтому сплошность определяется не абсолютным состоянием жидкости и газа, а отношением параметров среды (длина свободного пробега для газов и амплитуда колебания молекул для жидкости) к линейным размерам, характеризующим потоки.

В твердых телах для смещения одного слоя относительно другого требуется приложить некоторую конечную силу, которая согласно закону Гука пропорциональна деформации.

Для жидкостей или газов соответствующая сила пропорциональна относительной скорости деформации. Это свойство называется легкой подвижностью, или текучестью.

Жидкости, обладающие таким свойством, называются ньютоновскими жидкостями.

Механика жидкостей и газов делится на кинематику, динамику и статику.

Часть гидромеханики, изучающая геометрические свойства движения в зависимости от времени и не касающаяся причин, вызывающих движение, называется кинематикой жидкостей.

Часть механики, занимающаяся изучением движения жидкостей в зависимости от действующих сил, называется динамикой.

Часть механики, изучающая условия равновесия, называется гидростатикой.

Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой.

В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками. Гидравлика дает методы расчета и проектирования разнообразных гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники и особенно в машиностроении.