ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

ВСТУП

Гідравліка – це наука, яка вивчає закони рівноваги і механічного руху рідини, а також розглядає їх практичне застосування для рішення конкретних інженерних задач. Назва «гідравліка» виникла від двох грецьких слів: «hydor» (хюдор) – вода і «aulos» (аулос) – труба, тобто як наука про рух рідин по трубах.

Зміст сучасної гідравліки незрівнянно ширший. Питання, що вивчаються в гідравліці, охоплюють рух води не тільки в трубах, але і у відкритих руслах (каналах, річках), в різних гідротехнічних спорудах і системах, а також рух інших рідин (нафта, масла, розчини) в трубопроводах і гідромашинах. На підставі цього сучасну гідравліку розглядають як одну з галузей механіки.

Математичний апарат гідравліки спирається на такі науки, як математика, фізика, теоретична механіка.

У свою чергу гідравліка є базовою для наук гідротехнічного спрямування, а також наук з проектування, виготовлення чи будівництва та експлуатації насосів, гідродинамічних передач, гідроприводів, гідротурбін, систем сільськогосподарського водопостачання та гідромеліоративних систем.

Основним завдання гідравліки є виявлення оптимальних режимів поведінки рідини для вдосконалення існуючих гідромашин та створення нових, що мають більший ККД, простіші за будовою та надійніші. Але без розуміння найпростіших властивостей поведінки рідини це зробити неможливо. Саме тому гідравліка пояснює складні процеси як на теоретичному рівні, так і на практичному, проводячи досліди, що пояснюють той чи інший процес.

Гідравліка – це прикладна наука. Тому для вирішення багатьох інженерних завднь беруть різні припущення, що спрощують гідравлічні явища. Під час розрахунків використовують емпіричні та напівемпіричні залежності.

Гідростатика – вивчає закони рівноваги рідин і їх силову дію на тверді стінки, що обмежують об’єми рідин. Гідродинаміка – вивчає закони руху рідин і їх взаємодію з твердими стінками або тілами, які знаходяться в потоці рідини.

Гідравліка – одна з найдавніших наук, розвиток якої можна умовно поділити на кілька етапів.

Від найдавніших часів до 250 р. до н.е. практичне використання води як найпоширенішої рідини в природі (пристрої для піднімання води зрошувальні системи – 7 тис. р. до н.е. Римляни, греки - системи водопостачання для міст, судноплавство).

		Архімед (287-212 р. до н.е.) – сформулював закон про рівновагу тіла зануреного в рідину (250 р. до н.е. трактат «Про плаваючі тіла»).
Леонардо да Вінчі (1452-1519) – працював над вивченням: - роботи гідравлічного преса; - витіканням рідини через отвори і насадки; - механізму руху рідини в річках і каналах – на жаль праці не були використані своєчасно лише через 400 років.
	Голландський вчений Сімон Стевін (1548-1620) – в 1585 році опублікував трактат «Начала гідростатики», в якому визначив величину гідростатичного тиску на плоску стінку і пояснив явище «гідравлічного парадоксу».

Вклад італійських вчених в розвиток гідравліки:

Галілео Галілей (1564-1642) – в 1612 році надрукований трактат «Про тіла, що знаходяться у воді, і про ті, що в ній рухаються» в якому довів, що гідравлічний опір збільшується з збільшенням швидкості і густини рідини.
	Бенедето Кастелі (1577-1644) – учень Галілео Галілея – викладач математики в Римі і Пізі – сформулював принцип нерозривності потоку рідини, (формула витрати рідини).
Еванджеліста Торрічелі (1608-1647) – учень Галілео Галілея – відкрив закон витікання рідини з отворів (1643 р.), запропонував формулу для визначення швидкості витікання рідини з отворів.
	Блез Паскаль (1623-1662) – в 1650 році – відкрив закон про передачу тиску всередині рідини, на якому базується робота гідромоторів, пресів та інших гідравлічних машин.
Ісаак Ньютон (1642-1726) – в 1686 році сформулював гіпотезу про внутрішнє тертя, властивості рідин.

Як самостійна наука гідравліка почала розвиватися після публікацій наступних праць:

	Академік Ломоносов Михайло Васильович (1711-1765) – у своїй праці «Міркування про твердість і рідину тіла» створив теоретичну базу для дальшого розвитку гідродинаміки, тобто розділу гідравліки, де розглядаються закони руху рідини.
Академік Даніель Бернуллі (1700-1782) – в праці «Гідродинаміка» (1738 р.) – вивів своє знамените рівняння і сформулював закон збереження енергії.
	Академік Леонард Ейлер (1707-1783) – в творі «Загальні принципи руху рідини» (1755) вивів диференціальні рівняння рівноваги і руху рідин, розробив теоретичні основи гідродинаміки.

Практичне використання теоретичних основ гідродинаміки висвітлено в працях таких вчених як:

- французького гідравліка Антуана Шезі (1775 р.) – який досліджував рух рідини в каналах і трубах;

- Джовані Вентурі (1780 р.) – вивчав витікання рідини через отвори і насадки;

- французького інженера Анрі Дарсі (1849 р.) – дослідження втрат напорів, які виникають при русі рідини в напірних трубопроводах і каналах;

- німецького гідравліка Юліуса Вейсбаха (1854 р.) – дослідження місцевих втрат напорів, які виникають при русі рідини в напірних трубопроводах.

В 1791 році з’явилася перша книга з гідравліки, яку написав А. Колмиков. «Карманна книга для обрахування кількості води, що протікає через труби, отвори».

В 1836 році був виданий перший навчальний посібник з гідравліки П.П. Мельникова «Основи практичної гідравліки чи про рух води в різних випадках», створена перша учбова гідравлічна лабораторія в Петербурзькому інституті шляхів.

В 1880 році Д.І. Мендєлєєв (1843-1907) – вперше вказав на існування двох режимів руху рідини з різними законами її опору, що згодом англійським фізиком Осборном Рейнольдсом (1842-1912) були підтверджені дослідженнями, які були проведені в 1883 році і в результаті яких встановлені режими руху реальної рідини – турбулентний і ламінарний.

Велику роль в розвитку гідравліки того часу відіграли вчені і інженери:

М.П. Петров (1836-1920) – теоретично обґрунтував гіпотезу Ньютона про внутрішнє тертя в рідині, розробив гідродинамічну теорію мащення і опублікував в 1882 році працю «Гідродинамічна теорія тертя при наявності мастильної рідини», яка принесла йому світове визнання.

М.Є. Жуковський (1847-1921) – розробив теорію гідравлічного удару в напірних трубопроводах (1898 р.), теорію зависання намулів у водних потоках, теорію фільтрації води в ґрунтах.

В 1906 році М.Є. Жуковський разом з С.О. Чаплигіним (1869-1942) опублікував працю «Про тертя мастильного шару між шипом та підшипником», в тому ж році розроблена теорія підйомної сили крила. На основі цієї теорії проводились розрахунки крил літаків, лопатей робочих коліс гідравлічних турбін, відцентрових і пропелерних насосів. Таким чином була вирішена важлива проблема аеродинаміки і гідродинаміки.

І.С. Громека (1851-1889) – розробив теорію капілярних явищ, при проведені дослідів отримав рівняння вихрового руху рідини.

Академік М.М. Павловський (1886-1937) – створив математичну теорію фільтрації води в ґрунтах, розробив метод електрогідродинамічних аналогій та розв’язав ряд інших питань гідравліки.

Б.О. Бахметєв (1880-1951) – вирішив в загальному вигляді задачу про інтегрування диференціального рівняння нерівномірного руху в призматичних руслах, розробив теорію нерівномірного руху рідини у відкритих руслах.

З розвитком промисловості, техніки, технологій виникали нові гідравлічні задачі, вирішенням яких на сучасному етапі займались провідні радянські та закордонні вчені. Значний вклад у розвиток гідравліки в цей період внесли вчені: Й.І. Агроскін, О.Н. Ахутін, М.А. Веліканов, М.Т. Башта, А.О. Угінчус, Р.Р. Чугаєв, А.Д. Альтштуль, В.А. Большаков, Д.В, Штеренлихт та інші.

Основні закони гідравліки застосовують під час проєктування різних гідравлічних машин (насосів, гідродвигунів, гідравлічних передач), під час розрахунків гідротехнічних споруд (гребель, каналів, зрошувальних систем, водозливів та ін.), розрахунків трубопроводів, гідравлічних систем і гідроприводів тощо.

Зміст

На початок

Наступна тема