Часть 1. Программа, методические указания и вопросы для самопроверки. Введение.

“Гидравлика” – наука, которая занимается изучением законов движения и равновесия жидкости, а также закономерностей взаимодействия последней с твердыми телами и преградами. Трудно найти какую-нибудь область инженерной деятельности, в которой не приходилось бы иметь дело с движением жидкости. Не составляет исключения и работа специалистов геологического профиля. При добыче нефти фонтанным и компрессорным способами определить оптимальный дебит скважин невозможно без наличия аналитических зависимостей, устанавливающих связь между расходом и давлением в данной точке потока. Одним из факторов, сопутствующих и осложняющих проведение горных работ, являются фильтрационные потоки грунтовых вод. В этой связи необходимо проведение гидрогеологических исследований, позволяющих определить гидравлические характеристики и фильтрационные свойства грунтов. Законы течения жидкости в пористых средах (фильтрация) также входят в сферу интересов гидромеханики. Изучение курса “Гидравлика” позволяет применять приобретенные знания при проектировании и эксплуатации систем трубопроводов, решении задач транспортировки нефти и газа, правильного подбора насосов и компрессоров, работающих на различные гидросистемы.

Тема 1. Кинематика сплошной среды.

Описание движения по методам Лагранжа и Эйлера. Поле скоростей, траектория и линия тока. Трубка тока и струя. Ускорение жидкой частицы. Уравнение неразрывности.

Анализ составляющих движения жидкой частицы. Теорема Гельмгольца-Коши.

Потенциальное и вихревое движение, их основные характеристики.

ТЕМА 2. ДИНАМИКА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ.

Силы, действующие в жидкости: объемные (массовые) и поверхностные. Тензор напряжений. Уравнение динамики сплошной среды в напряжениях. Обобщенный закон Ньютона. Уравнение Навье-Стокса. Условия однозначности.

ТЕМА 3. РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТИ И ГАЗА.

Напряжение в покоящейся жидкости. Дифференциальное уравнение равновесия жидкости и газа. Равновесие несжимаемой и сжимаемой жидкости в поле сил тяжести. Относительное равновесие. Силы давления на плоские и криволинейные стенки. Плавание тел. Расчет поплавковых устройств.

ТЕМА 4. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ТЕОРЕМЫ ДИНАМИКИ ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ И ГАЗА.

Модель идеальной жидкости. Уравнение движения идеальной жидкости – уравнение Эйлера. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости (несжимаемой). Уравнение Бернулли для изотермического и адиабатического течения идеального газа. Общая форма уравнения энергии для установившегося движения сжимаемой жидкости.

ТЕМА 5. ОДНОМЕРНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ.

Основные признаки и свойства одномерных течений. Плавно изменяющееся движение и закон распределения по сечению. Средняя скорость и расход. Обобщение уравнения Бернулли на поток конечных размеров. Геометрическая и энергетическая интерпретация уравнения Бернулли.

Ламинарное и турбулентное течение, опыт Рейнольдса.

Ламинарное движение жидкости в трубах. Закон внутреннего трения Ньютона. Распределение скоростей по поперечному сечению круглой трубы. Формула Пуазейля. Понятие начального участка ламинарного течения.

Природа потерь энергии (напора). Классификация гидравлических сопротивлений. Структура общих формул для вычисления потерь. Коэффициент гидравлического трения, опытные данные. Коэффициент местного сопротивления и его определение.