Гидравлика Лекция 1-1

1. Гидравлика

2.

Гидравлика- это наука о законах покоя и движения капельных
жидкостей
и
газов,
равновесия
жидкостей,
взаимодействия
жидкости с твердыми телами и способах
приложения этих законов к решению задач инженерной практики.

3.

Гидравлика, как прикладная наука, применяется для решения
различных инженерных задач в области:
- водоснабжения и водоотведения (канализации);
- транспортировки веществ по трубопроводу: газ, нефть и т.п.;
-
строительства различных
водозаборных сооружений;
гидротехнических
сооружений,
- конструирования различных устройств, машин, механизмов:
насосов,
компрессоров,
демпферов,
амортизаторов,
гидравлических прессов, гидравлических приводов.

4.

Основные разделы гидравлики:
- гидростатика;
- гидродинамика;
- кинематическая гидравлика;

5. Основные понятия и определения

Основными единицами системы СИ являются единицы длины
(метр, м), массы (килограмм, кг), времени (секунда, с),
термодинамической температуры (кельвин, K). Производные
единицы системы СИ, употребляемые в гидравлике выведены в
таблицу…

6.

7.

Жидкость, как и всякое физическое тело, имеет молекулярное
строение, т. e. состоит из отдельных частиц — молекул, объем
пустот между которыми во много раз превосходит объем самих
молекул.
Жидкости c точки зрения механических свойств разделяются на два
класса:
- малосжимаемые (капельные);
- сжимаемые (газообразные)

8.

Основные свойства жидкостей, существенные при рассмотрении задач
механики жидкости, — плотность и вязкость. В некоторых случаях (при
образовании капель, течении тонких струй, образовании капиллярных
волн и др.) имеет значение также поверхностное натяжение
жидкостей.
Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице
объема:
где M — масса жидкости в объеме W.

9.

В практических приложениях о массе жидкости судят по ее весу. Вес
жидкости, приходящийся на единицу объема, называется удельным
весом:
где G - вес жидкости в объеме W.
Плотность и удельный вес связаны между собой известным
соотношением:
где g - ускорение свободного падения.

10.

Относительным удельным весом жидкости (или относительным
весом) δ называется отношение удельного веса данной жидкости к
удельному весу воды при 4° С:

11.

12.

13.

Сжимаемость капельных жидкостей под действием давления
характеризуется коэффициентом объемного сжатия βw, который
представляет собой относительное изменение объема жидкости на
единицу изменения давления:
где W— первоначальный объем жидкости;
ΔW— изменение этого объема при увеличении давления на
величину Δр.
Коэффициент объемного сжатия в системе СИ имеет размерность
Па-1

14.

Для совершенных газов справедливо уравнение Клапейрона,
пoзволяющее определять плотность газа при известных давлении
и температуре:
где р— абсолютное давление;
R — удельная газовая постоянная, различная для разных газов, но
не зависящая от температуры и давления [для воздуха R=287 Дж/
(кг∙К) ] ;
Т — абсолютная температура.

15.

В технических расчетах плотность газа обычно приводят к
нормальным физическим условиям (t=0°; р=101 325 Па) или к
стандартным условиям (t=20° С; р= 101325 Па).
Плотность воздуха при R=287 Дж/ (кг∙К) в стандартных условиях
будет равна ρ0=1,2 кг/м3.
Плотность воздуха при других условиях определяется по формуле:

16.

Вязкостью
называется
свойство
жидкостей
оказывать
сопротивление сдвигу.
Вязкость — свойство, обратное текучести. Чем больше вязкость,
тем хуже текучесть.
Все реальные жидкости обладают определенной вязкостью,
которая проявляется в виде внутреннего трения при
относительном перемещении смежных частиц жидкости.

17.

Уравнение Ньютона описывает силу внутреннего трения между
взаимодействующими слоями жидкости.
Согласно
этому
уравнению,
сила
внутреннего
трения
пропорциональна площади взаимодействующих слоёв и тем
больше, чем больше их относительная скорость.
где τ – касательные напряжения, Н/м2 ;
μ – динамическая вязкость, Н∙с/м2 (Па∙с);
du/dn -градиент скорости, с-1 .

18.

Вязкость жидкостей в сильной степени зависит от температуры;
при этом вязкость капельных жидкостей при увеличении
температуры уменьшается, вязкость газов возрастает.
Наряду с понятием абсолютной или динамической вязкости в
гидравлике находит применение понятие кинeматической
вязкости; представляющей собой отношение абсолютной вязкости
к плотности жидкости:

19.

20.

Кинематическая вязкость газов зависит как от температуры, так и
от давления, возрастая с увеличением температуры и уменьшаясь
с увеличением давления

21.

Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. В
вискозиметрах используются два разных принципа:
- по скорости вытекания жидкости из малого отверстия или из
капилляра;
- по скорости падения шарика в вязкой жидкости.

22.

Первый принцип основан на формуле Пуазейля, дающей
зависимость между объемом жидкости, вытекающей из трубки
радиусом R и длиной l:
где P1 и P2 - давление на торцах трубки;
R - радиус трубки;
l - длина;
t - время вытекания.

23.

Второй принцип измерения вязкости основан на измерении
скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса):
где v-скорость падения шара в жидкости;
ρ - плотность материала шара;
ρ' - плотность жидкости;
r - радиус шара.

24. Измерение плотности

Плотность жидкостей измеряется путем взвешивания сосуда с
точно известным объемом - мерной колбой, мензуркой, пипеткой.
Для прецизионных измерений используют ампулы с точно
известным объемом - пикнометры.

25.

Объем пикнометра наиболее точно можно определить, взвешивая
его с какой-либо стандартной жидкостью - с водой или с
четыреххлористым углеродом.
Взвешивая пикнометр с водой или исследуемой жидкостью,
плотность определяют как
где mж - масса жидкости;
mп - масса пикнометра;
mв - масса воды;
ρв - плотность воды при данной температуре.

26.

Плотность газов определяется из основных соотношений
молекулярной физики, определяющих, что один моль идеального газа
занимает при нормальных условиях объем в 22,4 л (т. н.
молекулярный объем). При произвольной температуре Т и давлении р
в атмосферах молярный объем равен
где Т - абсолютная температура, р - давление и R - универсальная
газовая постоянная.

27.

Плотность газа как вес единицы объема для газа при 25 °С и
давлении в 1 атмосферу равен
где μ - молярный вес.

28. Идеальная жидкость

B механике жидкости для облегчения решения некоторых задач
используется понятие об идеальной (совершенной) жидкости.
Под идеальной жидкостью понимают воображаемую жидкость,
обладающую следующими свойствами:
- абсолютная подвижность (т.е. отсутствие вязкости);
- абсолютная несжимаемость;
- абсолютнаянерасширяемость с изменением температуры;
- абсолютная неспособность сопротивляться разрыву.