1.1. Предмет гидравлики

Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ее телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидравликой. Если помимо жидкостей изучают движение газов (воздуха) и обтекание ими тел, то науку называют аэрогидравликой.

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, т.е. течения в открытых и закрытых руслах (каналах). В понятие «русло» и «канал» включают различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и другие устройства, внутри которых протекает жидкость.

1.2. Основные свойства жидкости

Жидкостью называют физическое тело, не имеющее своей формы и всегда принимающее форму сосуда, в котором она находится. Жидкость легко меняет свою форму, если приложить к ней элементарно малую силу.

Все жидкости делятся на два класса: капельные газообразные. Капельные жидкости в естественном виде образуют капли (вода, нефть, бензин, спирт, ртуть и т.д.).

Капельные жидкости почти несжимаемы. Все капельные жидкости являются вязкими. Жидкости лишенные вязкости и несжимаемости называются идеальными.

Газообразные жидкости – сжимаемые жидкости, они не оказывают сопротивления растягивающим и сдвигающим усилиям.

Гидравлика занимается изучением капельных жидкостей, которые в дальнейшем будем именовать «жидкостями» и рассматривать как совокупность материальных точек (частиц) в ограниченном объеме.

, кг/м³ или кг^.с²/м⁴, (1.1)

где m – масса жидкости в объеме V.

Удельным весом называется вес жидкости, заключенный в единице объема:

, H/м³ или кг/м³ , (1.2)

где G – вес жидкости, V – занимаемый ею объем.

Относительный удельный вес представляет собой отношение веса данной жидкости к весу воды при температуре 4˚С, взятой в том же объеме, что и жидкость, то есть число, показывающее во сколько раз данное тело тяжелее или легче воды. Относительный удельный вес – величина безразмерная и обозначается буквой «δ». Относительный удельный вес ртути δ = 13,6.

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением:

(1.3)

. (1.4)

1.3. Физические свойства жидкости

1.3.1. Сжимаемость жидкости

Сжимаемостью называется свойство жидкости изменять свой объем при изменении давления. Молекулы жидкости располагаются тесно, и при повышении давления жидкость сжимается мало, приближенно подчиняясь, как и твердое тело, закону Гука/1/.

Сжимаемость жидкости оценивается коэффициентом объемного сжатия β_р, которым называется число, выражающее относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу изменения давления:

(м³/Н) или (м³/кг). (1.5)

Знак «минус» в формуле (1.4) обусловлен тем, что положительному приращению давления ρ соответствует отрицательное приращение объема V.

Величина, обратная коэффициенту β_р, называется объемным модулем упругости Е:

(Н/м²) или (кг/м²). (1.6)

Модуль упругости жидкости Е, а, следовательно и величина β_р, изменяется в зависимости от типа жидкости, действующего давления и температуры. С увеличением температуры модуль Е понижается, с увеличением давления – его значение повышается. Коэффициент β_р изменяется наоборот.