ЛЕКЦІЯ №1

Тема: Вступ. Зміст дисципліни. Історія розвитку гідравліки.

План

1. Зміст дисципліни, загальні положення

2. Історія розвитку гідравліки

3. Видатні вчені в науці гідравліка

4. Гідравліка підземна

5. Найголовніші завдання інженерної гідравліки.

Зміст дисципліни

Вступ. Зміст дисципліни. Історія розвитку гідравліки

Розділ 1. Фізичні властивості рідин і газів. Явище кавітації

Фізичні властивості рідин і газів. Кавітація.

Лабораторна робота «Визначення в’язкості рідин».

Розділ 2. Основи гідростатики.

Гідростатичний тиск рідини, його види. Одиниці вимірювання. Властивості гідростатичного тиску. Загальне рівняння гідростатики. Закон Паскаля. Закон Архімеда. Прилади для вимірювання.

Гідростатичний тиск рідини на плоскі та циліндричні поверхні. Внутрішній гідростатичний тиск в трубах. Визначення товщини стінок труб.

Розділ 3. Основи гідродинаміки.

Гідродинаміка. Види руху рідини. Гідравлічні елементи потоку. Поняття про траєкторію руху рідини. Рівняння постійної витрати та нерозривності потоку. Практичне застосування.

Рівняння Бернуллі, його гідравлічний та фізичний зміст, одиниці вимірювання.

Режим руху рідини. Число Рейнольдса. Витрати енергії від тертя по довжині трубопроводу. Формула Дарсі-Вейсбаха. Гідравлічний коефіцієнт тертя. Місцеві втрати напору і причини їх виникнення. Коефіцієнт місцевого опору. Повні втрати напору.

Напірний рух рідини в трубах. Розрахунок простого трубопроводу. Гідравлічний удар. Витікання рідин кріз отвори та насадки.

Лабораторна робота «Визначення руху рідини».

Самостійні роботи

№1. «Фізичні властивості рідин і газів»

№2. «Гідростатичний тиск»

№3. « Гідростатичний тиск на плоскі поверхні».

№4. «Гідростатичний тиск на циліндричні поверхні».

№5. «Гідравлічні елементи потоку».

№6. «Рівняння Бернуллі.

№7. «Режими руху рідини»

Загальні положення

Рішення різних технічних проблем, пов'язаних з питаннями  руху рідин у відкритих і закритих руслах, а також з питаннями  силового впливу рідини на стінки судин або обтічні  рідиною тверді тіла призвело до створення великої науки званої  гідромеханікою, яка поділяється на два розділи: технічна  гідромеханіка і теоретична механіка рідини і газу (рис.1.1).

Гідравліка - це наука, яка вивчає закони рівноваги і руху рідини, а також взаємодію між рідиною і твердими тілами в стані спокою і щодо їх руху. Крім того, в Інженерній гідравліці розробляються способи застосування цих законів до конкретних питань інженерної справи

Рис. 1.1. Розділи гідромеханіки

Гідравліка (технічна механіка рідини) – прикладна частина гідромеханіки, яка використовує ті чи інші допущення для вирішення практичних завдань. Вона має порівняно ості методики розрахунку в порівнянні з теоретичною механікою рідини, де застосовується складний математичний апарат. Однак гідравліка дає достатню для технічних додатків характеристику розглянутих явищ.

Історія науки

Походження цієї науки досить давнє. Явища, які стосуються гідравлики, цікавили людину ще в давні часи. Багато практичних питань пов’язаних із зрошенням, водопостачанням та використанням водної енергії для примітивних двигунів, успішно вирішувались ще в давнину. Проте мистецтво зведення гідротехнічних споруд тоді ґрунтувалось в основному на суто практичному досвіді будівельників.

Першим законом гідравлики, який установлює кількісний зв’язок між окремими елементами явищ, вважають загальновідомий закон Архімеда, установлений за 250 років до н.е. відкрив закон про рівновагу тіла, зануреного у рідину, винайшов водопід’ємну машину - Архимедів гвинт.

Новий етап у розвитку гідравліки наступив у епоху Відродження. Великий внесок у розвиток гідравлики зробили вчені XVI та XVII ст. Великий Леонардо да Вінчі видав свої роботи в області плавання тіл, руху рідини по трубам та відкритим руслам.

Тут треба відмітити роботи голландського вченого Сімона Стевіна(1548-1620), який дав правила визначення сили тиску на дно і стінки посудин. Італійський фізик і математик Еванджеліста Торррічеллі, учень Галілео Галілея Торрічеллі (1608-1647), що дослідив властивості рідини, що тече і відкрив закон витікання рідини з отвору у посудині посудини і, запропонував формулу, що наближено визначала швидкість витікання рідини з малого отвору в посудині під дією сили тяжіння; французького математика і фізика Паскаля(1623-1662), що сформулював закон про передачу рідиною тиску, створюваного на її поверхню, який і досі називається законом Паскаля і широко використовується у гідротехніці.

В ХVІІ-ХVІІІ були встановлені важливі закони гідромеханіки. Відкриття законів механіки Ньютоном(1643-1727) створило необхідну базу для вивчення законів руху рідин. Ньютон розробив основи теорії внутрішнього тертя рідин, яка пізніше була розвинена його послідовниками, в тому числі російським вченим Петровим Н.П.(1836-1920). Розроблена ним теорія отримала назву гідродинамічної теорії змащування.

Засновниками гідравлики, як науки вважається Даніїл Бернуллі(1700-1782) та Леонард Ейлер(1707-1783).Ці вчені встановили основні закони і вивели важливі рівняння гідромеханіки. Але слід відмітити, що рівняння Бернуллі і Ейлера мають теоретичний характер і відносяться до ідеальної рідини.

У XVIII ст. почала розвиватися теоритична гідродинаміка, яка ґрунтувалася на диференціальних рівняннях руху ідеальної рідини Ейлера.

Російський вчений М.Є.Жуковський — засновник сучасної аеромеханіки, створив теорію гідравлічного удару у водопровідних трубах.

В ХІХ гідравліка розвивається бурно, як ,в першу чергу, прикладна наука, яка робить висновки на основі розгляду спрощених схем гідравлічних явищ. В ході відповідних експериментів у теоретичні рівняння гідромеханіки були введені емпіричні поправочні коефіцієнти( роботи Дарсі, Базена, Вейсбаха).

Кінець ХІХ початок ХХ ознаменувалися формуванням і встановленням закономірностей руху рідин. Важливу роль відіграли труди англійського гідромеханіка О.Рейнольдса (1842-1912), що встановив закономірності ламінарного і турбулентного руху рідин, роботи Н.Е. Жуковського(1847-1921) в різних областях гідромеханіки(розробив теорію гідравлічного удару, досліджував характер руху ґрунтових вод, розробив методи визначення як діє на посудину рідина, що витікає або наливається). Завдяки роботам І. Прандтля(1875-1953) в області гідродинаміки гідравліка сформувалася, як наука, де досвід і теорія тісно пов’язані і взаємно збагачують одна один.

У розвиток гідравліки ХХ великий вклад внесли :В.Г. Шухов, А.Н. Крилов, Н.Н.Павловський, І.І.Агроскін, В.Д.Альшуль, Л.Г.Лойцянський, А.А.Угінчус, Л.С.Лебейзон, М.А. Великанов.

Гідравліка підземна

ГІДРАВЛІКА ПІДЗЕМНА– наука про рух рідин, газів та їх сумішей у пористих і тріщинуватих середовищах (ґрунтах та гірських породах); розділ гідродинаміки. Предмет вивчення Г.п. – рух природних рідин і газів, що знаходяться в пластах, під дією природних сил і техногенних факторів. Г.п. вивчає: рух ґрунтових вод, підземних вод при розробці родовищ корисних копалин; витіснення нафти водою або газом, що виділяється з нафти, при розробці нафтових родовищ; рух газу в газових та вугільних пластах; процеси переміщення (міграції) природних флюїдів, що ведуть до утворення родовищ нафти і газу, а також руд, які кристалізуються із водних розчинів.

Закони гідравліки лежать в основі принципу роботи насосів, компресорів, ерліфтів, гідроелеваторів, вентиляторів і тормозних під ємних систем, що використовуються при обладнанні стаціонарних шахтних установлень.

В нашому регіоні у широких масштабах застосовується гідравлічне добування вугілля з використанням припливу підземних вод у шахту. Гідравлічні муфти дозволяють повільно регулювати швидкість у період пуску стрічкових, скребкового та пластинчатих конвейєрів.

Рішення задач в галузі водопостачання і водовідведення ґрунтується на законах гідравліки. До цих завдань відносяться завдання, пов'язані із загальними питаннями подачі і розподілу води, методами розрахунку мереж, водопропускних і водорозбірних споруд.

Найголовніші завдання інженерної гідравліки:

- встановлення законів розподілу швидкостей і тиску під час руху рідини;

- вивчення взаємодії між рідиною і твердими тілами, розміщеними в ній.

Причому в інженерній гідравліці в більшості випадків вважають достатньою інформацію щодо усереднених значень швидкості і тиску.

Гідравліка переслідує людину всюди: на роботі, вдома, на дачі, в транспорті. Сама природа підказала людині пристрій гідравлічних систем. Серце – насос, печінка – фільтр, нирки – запобіжні клапані, кровоносні судини – трубопроводи, загальна довжина яких в людському організмі близько 100 000 км. Серце людини за годину перекачує близько 300 л крові.

Рекомендована література

1. Возняк Л.В., Гімер П.Р., Мердух М.І., Паневник О.В. Гідравліка, навчальний посібник. — Івано-Франківськ : ІФНТУНГ, 2012. — 327

2. Мандрус В. І. Машинобудівна гідравліка. Львів, 1995

3. Конспект лекцій з дисципліни «Основи гідравліки» для студентів гірничих спеціальностей. Павлоград, 2021

4. Методичні рекомендації до виконання самостійних робіт з дисципліни «Основи гідравліки». Павлоград, 2021

5. Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Основи гідравліки». Павлоград, 2021