Основы гидравлики

1. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

2.

Гидравлика
–наука
изучающая
законы
равновесия
и
движения
жидкости
и
разрабатывающая методы их применения для
решения практических задач.
Разделяется на гидростатику и гидродинамику
Гидростатика — раздел механики жидкостей, в
котором изучаются состояние равновесия жидкости,
находящейся в относительном или абсолютном
покое, действующие при этом силы, а также
закономерности плавания тел без их перемещения.

3.

Основные физические свойства жидкостей
В отличие от твердого тела жидкость
характеризуется малым сцеплением между
частицами, вследствие чего она обладает
текучестью и принимает форму сосуда, в который
ее помещают.

4.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и
газообразные. Капельные жидкости обладают
большим сопротивлением сжатию (практически
несжимаемы) и малым сопротивлением
касательным и растягивающим усилиям (из-за
незначительного сцепления частиц и малых сил
трения между частицами). Газообразные жидкости
характеризуются почти полным отсутствием
сопротивления сжатию. К капельным жидкостям
относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и
другие, а к газообразным — все газы.

5.

При абсолютном покое жидкость неподвижна
относительно земли и резервуара.
При относительном покое отдельные частицы
жидкости, оставаясь в покое относительно друг
друга, перемещаются вместе с сосудом, в котором
они находятся.
Наиболее важной областью применения законов
и методов расчета технической гидравлики
являются
гидротехника
и
мелиорация,
водоснабжение и канализация, гидроэнергетика и
водный транспорт. Без гидравлики практически
невозможно
было
бы
проектирование
и
строительство гидротехнических сооружений.

6.

Изучение реальных жидкостей и газов связано со значительными
трудностями, т.к. физические свойства реальных жидкостей
зависят от их состава, от различных компонентов, которые могут
образовывать с жидкостью различные смеси как гомогенные
(растворы) так и гетерогенные (эмульсии, суспензии и др.) По
этой причине для вывода основных уравнений движения
жидкости приходится пользоваться некоторыми абстрактными
моделями жидкостей и газов, которые наделяются свойствами
неприсущими природным жидкостям и газам.
Идеальная жидкость - модель природной жидкости,
характеризующаяся изотропностью всех физических свойств и,
кроме того, характеризуется абсолютной несжимаемостью,
абсолютной текучестью (отсутствие сил внутреннего трения),
отсутствием процессов теплопроводности и теплопереноса.
Реальная жидкость - модель природной жидкости,
характеризующаяся изотропностью всех физических свойств, но
в отличие от идеальной модели, обладает внутренним трением
при движении.

7.

Гидростатика — раздел гидравлики, изучающий
законы равновесия в покоящейся жидкости.
Гидростатика рассматривает жидкость и
погруженные в нее тела в состоянии покоя.
Жидкость, находящаяся в покое, подвергается
действию внешних сил двух категорий: массовых
(объемных) и поверхностных. К массовым
относятся силы, пропорциональные массе жидкости
(сила тяжести, сила инерции), к поверхностным —
силы, распределенные по поверхности, т. е.
давление. Под действием внешних сил в каждой
точке жидкости возникают внутренние силы,
характеризующие ее напряженное состояние

8.

Плотность- масса единицы объема жидкости
m
V
[p] = [кг/м3]
Удельный вес-вес единицы объема жидкости
G
V
[γ] = [H/м3]

9.

Масса и вес связаны между собой соотношением
G
m
g
g- ускорение свободного падения, м/сек2
g

10.

Уравнение состояния идеальных газов
[p]=н/м2
m
p V
R T
M
R= 8.314 Дж (кмоль
град)
m = кмоль
М = кг/кмоль
m
p M
V
R T
Удельным объемом называют объем, занимаемый
единицей масса газа.

11.

Коэффициент объемного сжатия
Коэффициент объемного сжатия (Па-1) – это
относительное изменение объема жидкости при
изменении давления на единицу:
Величина, обратная коэффициенту объемного
сжатия, называется модулем упругости жидкостей
Eж (Па)

12.

Коэффициент температурного расширения
Коэффициент температурного расширения t
(0С)-1, выражает относительное изменение
объема жидкости при изменении температуры
на один градус:

13.

Вязкость
Свойство жидкости оказывать сопротивление
усилиям, вызывающим относительное перемещение
ее частиц, называется вязкостью.
d w
T F
d n
коэффициент пропорциональности, характерный для
данной жидкости.
-

14.

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из
явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей
и газов) оказывать сопротивление перемещению
одной их части относительно другой. В результате
происходит рассеяние в виде тепла работы,
затрачиваемой на это перемещение.

15.

Отношение величины \Т\ к поверхности
соприкосновения слоев обозначают через т и
называют напряжением внутреннего трения, а
также напряжением сдвига, или касательным
напряжением.
d w
d n
d w
d n
кг м / сек кг м / сек
2
2
2
м
м
м сек
2
2

16.

Уравнения, выражает закон внутреннего трения
Ньютона, согласно которому напряжение внутреннего
трения, возникающее между слоями жидкости при ее
течении, прямо пропорционально градиенту
скорости.
м пуаз
1 н. сек/м2 = 10пз=
1000спз
н сек
2
м
кгс сек
м
2
м
1 кгс сек/м2 = 98,1 пз = 9810 cпз

17.

Иногда вязкость жидкостей характеризуют
кинематическим коэффициентом
вязкости, или кинематической
вязкостью.
g
v
кг ( м / сек )
2
м сек
Единицей кинематической вязкости равна 1 м2/сек = 10* ст.

18.

Основное уравнение гидростатики
для несжимаемой однородной жидкости плотность
постоянная, и
r
0
dz d
g
p
0
d z
g

19.

p
const
g
p1
p2
1
2
g
g
p0
p
0
g
g

20.

p p0
z0 z
pg
- это нивелирная высота, м
Ð - это статический или пьезометрический напор, м
g
Формулировка закона: для каждой точки покоящейся
жидкости сумма нивелирной высоты и пьезометрического напора есть величина постоянная.
p H M
pg M M

21.

p g z p0 g z0
p p0 g ( 0
уравнение является выражением закона
Паскаля:
давление, создаваемое в любой точке
покоящейся несжимаемой жидкости,,
передается одинаково всем точкам ее объема.

22.

Практические приложения основного
уравнения гидростатики
Р= Ратм +
Р = Ратм +
Ратм +
g " 0
g
1
0 = Ратм +
0 0
1
g 0
"
"
g 0
в открытых или закрытых находящихся под
одинаковым давлением сообщающихся сосудах,
заполненных однородной жидкостью, уровни ее
располагаются на одной высоте независимо от
формы а поперечного сечения сосудов.

23.

0
1
1
0
0
"0
1
"
"
11
1
Отсюда следует, что в сообщающихся сосудах высоты
уровней разнородных жидкостей над поверхностью их
раздела обратно пропорциональны плотностям этих
жидкостей.
p g 0 p g 0
1
1
11
р р
0 0
g
1
"
1
11
"

24.

Гидростатические машины.
2
Р1 = d
1
4
P2=
d 22
4
Давление жидкости на дно и стенки сосуда.
P p0 g H

25.

сила давления Р на горизонтальное дно сосуда не
зависит от формы сосуда и объема жидкости в нем.
При данной плотности жидкости эта сила определяется
лишь высотой столба жидкости Н и площадью F дна
сосуда:
P p F
P p0 g H F
P 0 g h F
где h — расстояние от верхнего уровня жидкости до
центра тяжести смоченной площади F стенки.
Поэтому сила давления на вертикальную стенку равна
произведению ее смоченной площади на гидростатическое
давление в центре тяжести смоченной площади стенки.