Введение в гидравлику

Доброго времени суток!

      Вот и снова мы встретились с вами в нашем новостном блоке. Сегодня мы рассмотрим, что же такое наука ГИДРАВЛИКА? Истоки её возникновения, режимы движения жидкости, закономерности. Все это нужно будет для следующей темы нашей встречи, где будем рассматривать ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР, как самый ужасный фактор поломки гидравлической системы не только в быту, но и технике и КАВИТАЦИЮ. Поехали…

      Законы движения жидкости и использования её энергии занимали человечество с древнейших времён. Во II веке до н. э. греческий механик Архимед (287 - 212 гг. до н. э.) впервые в истории техники написал трактат «О плавающих телах», в котором излагалась теория плавания тел. Эта теория и до настоящего времени лежит в основе учения о равновесии плавающих тел. Примерно с этого же времени началось использование энергии движущейся жидкости в практических целях. Архимеду принадлежит ряд изобретений в области гидротехники, в частности механизм для поднятия воды на более высокий уровень (архимедов винт). В начале I века до н. э. Герон Александрийский изобрел водяные часы, пожарный насос и другое. В дальнейшем теоретические работы по гидравлике велись вплоть до XV века разрозненно, без связи между собой. В то же время гидротехника бурно развивалась. За период с I до XV в. были построены крупные гидротехнические сооружения на территориях Египта, Греции, Рима и Средней Азии.

          Собирание отдельных элементов знаний по гидравлике и попытка связать гидравлические закономерности с общетехническими принципами была предпринята в XV в. Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.). К этому же периоду (XV - XVIII вв.) относятся труды Леонардо да Винчи о сопротивлении жидкости движущемуся в ней телу, Галилео Галилея (1564 – 1642 гг.) об основных законах плавания тел, Блеза Паскаля (1623 – 1662 гг.) о давлении жидкости на тело, помещённое внутри нее, Исаака Ньютона (1642 – 1727 гг.) о квадратичном законе сопротивления жидкой среды движущемуся в ней телу и законе трения жидких тел.

        Гидравлика - прикладная наука, изучающая законы равновесия (гидростатика) и движения (гидродинамика) капельных жидкостей. Наука о кинематическом и силовом взаимодействиях жидкости с элементами машин и механизмов называется технической гидромеханикой.

       Гидравлика как самостоятельная наука возникла лишь в XVIII веке. Ее основоположниками были академики Российской Академии наук М. В. Ломоносов (1711 – 1765 гг.), Леонард Эйлер (1707 – 1783 гг.) и Даниил Бернулли (1700 – 1782 гг.).

 

       Ломоносов впервые сформулировал всеобщий закон сохранения материи и энергии, а также выполнил ряд работ по прикладным вопросам механики жидкости. Эйлер – основоположник классической гидромеханики», а Бернулли - основоположник «инженерной гидравлики».

       В XIX и начале XX веках гидравлика как самостоятельная наука быстро продвинулась вперёд. В это время Н. П. Петров (1836 – 1920 гг.) опубликовал свои работы по гидродинамической теории смазки; Д. И. Менделеев (1834 – 1907 гг.) впервые предсказал существование двух режимов течения жидкости, которое позднее было экспериментально подтверждено английским физиком О. Рейнольдсом (1842 – 1912 гг.).

 

 

        Также огромный вклад в развитие современной гидравлики внесли советские и российские ученые. Широкое применение жидкости в качестве привода для современного машиностроения было осуществлено в связи с разработкой и серийным изготовлением элементов объемного гидропривода на высокие давления. Отечественная наука в области объемного и гидродинамического привода всегда занимала и в настоящее время занимает ведущую роль.

 

Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости.

     

       Наблюдения за характером и структурой потоков жидкостей свидетельствуют об их значительном изменении в зависимости от перечисленных условий движения. Характер режима движения жидкости зависит от соотношения действующих в них сил.

      Если при движении жидкости преобладают силы вязкости, то имеет место режим ламинарный; если преобладают силы инерции, то наблюдается турбулентный режим движения потока. На существование в природе двух режимов движения жидкости впервые указал выдающийся русский естествоиспытатель Д. И Менделеев в 1880 г. в работе «О сопротивлении жидкости и воздухоплавании». Этот его труд полностью изучил и доказал в 1883 г. английский физик О. Рейнольдс.

 

Различают два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный:

 

При ламинарном режиме движения (рис. 1а) частицы жидкости движутся отдельными не смешивающимися друг с другом струйками; все частицы потока движутся по параллельным прямолинейным траекториям без перемещения в поперечных направлениях и без пульсации скорости и давления. Примерами ламинарного движения являются: движение грунтовых вод, движение по трубопроводам жидкостей, обладающих большой вязкостью (мазут, нефть и т. д.), движение крови в кровеносных сосудах человека и животных.

При турбулентном режиме движения (рис. 1b) отдельные струйки перемешиваются между собой; их линии тока искривляются и пересекаются; образуются вихри, обусловливающие смешение смежных слоёв; скорость частиц непрерывно меняется. В природе турбулентное движение наблюдают значительно чаще, чем ламинарное.

        Примеры турбулентного движения: движение воды в реках, каналах, водопроводных трубах и т. д. Переход ламинарного течения в турбулентное — смена режима движения вязкой жидкости, наблюдаемая в некоторой области пограничного слоя или каналах, следах и т. п., происходящая из-за потери устойчивости ламинарного потока.