Тема 1.1 Введення в гідравліку

Фізичні властивості рідини-густина, стислість, в’язкість. Поняття про ідеальну рідину.

Методичні вказівки

Засвоєння основних фізичних властивостей рідини буде базою для розуміння законів гідростатики.

На законах гідравліки базується розрахунок різних гідротехнічних споруд ( наприклад греблі, каналів, водозливів ), трубопроводів для подачі різних рідин, гідромашин ( наприклад гідротурбін, гідропередач ), а також інших гідравлічних пристроїв, які застосовуються в різних галузях техніки.

Починаючи вивчення теми, згадайте з курсу молекулярної фізики, що до основних властивостей рідини відносяться:

Питома вага G/V,

де G- вага рідини; V-об'єм, який вона займає;

Густина =m/ V,

де m-маса рідини в об'ємі V;

Стислість, яка характеризується коефіцієнтом об'ємної стислості :

_V = (V₁- V₂)/ V₁(P₂-P₁),

де V₁ і V₂ - об'єми рідини, відповідно, початковий і кінцевий; Р₁ і Р₂-тиск, відповідно, початковий і кінцевий;

В’язкість ,

де - кінематична в’язкість;- густина рідини;- динамічна в’язкість.

Необхідно також запам’ятати одиниці питомої ваги, густини, стислості і в’язкості в одиницях SI

Зверніть увагу на різницю між ідеальною та реальною рідиною.

[2] c.7-11; [3] c.5-12; [5] c.8-12; [6] c.10-11,16-19; [7] c.1-3.

Питання для самоконтролю:

1 Які питання вивчає гідравліка ?

2 Де застосовуються закони гідравліки ?

3 Дайте характеристику основним фізичним властивостям рідини.

4 Якими факторами обумовлена в’язкість рідини ?

5 Чим відрізняється ідеальна рідина від реальної ?

Тема 1.2 Основи гідростатики

Гідростатичний тиск. Основне рівняння гідростатики. Закон Паска ля. Гідростатичні машини.

Методичні вказівки

Вивчаючи рівновагу рідини, гідравліка досліджує загальні закони гідростатики. Тому зверніть особливу увагу на основні закони гідростатики та їх практичне застосування в техніці. На законах гідростатики, вчасності на законі Паскаля ( тиск, який прикладений до зовнішньої поверхні рідини, передається усім точкам цієї рідини і по всім напрямкам однаково ), базується дія гідравлічного преса, гідравлічного акумулятору, рідинного манометру і багатьох інших машин та приладів.

Для успішного засвоєння матеріалу слід звернути увагу на вивід основного рівняння гідростатики :

Р= Р₀ + h,

де Р₀- абсолютний тиск в будь якій точці рідини, що знаходиться у спокої, на глибині h: h- тиск, який створюється висотою стовпчика рідини h.

Розглядаючи основне рівняння гідростатики, необхідно знати одиниці тиску і вміти переводити їх у SI/

[2] c.11-35; [4] c.15-25,35-36; [5] c.12-20; [6] c.88-101.

Питання для самоконтролю:

1 Що називається гідростатичним тиском?

2 Сформулюйте основні властивості гідростатичного тиску.

3 На використанні якого закону оснований принцип дії гідростатичного пресу?

4 В яких випадках тіло занурене у рідину не тоне, а в яких занурюється?

Тема 1.3 Основи гідродинаміки

Основні поняття та визначення. Режими руху рідини. Число Рейнольда. Рівняння Бернуллі і його практичне застосування. Гідравлічний опір. Втрати напору. Поняття про гідравлічний удар. Кавітація. Принципи розрахунку трубопроводів напору.

Методичні вказівки

Практичне застосування гідродинаміки дуже різноманітне ( проектування кораблів і літаків, розрахунок трубопроводів, насосів, гідротурбін і т. і.

При вивченні теми необхідно засвоїти основні поняття гідродинаміки: лінія току, трубка току, елементарна струмка, витрати і потік рідини.

Основним об’єктом вивчення в гідродинаміці є потік рідини, то б то маса рідини, що рухається між обмежуючими поверхнями (стінки труб, каналів ).

Розглядаючи рух рідини, користуються основними рівняннями гідродинаміки. При цьому основними є рівняння Бернуллі для реальної рідини і рівняння неперервності. Рівняння Бернуллі пов'язує між собою тиск, висоту, швидкість течії рідини і втрати напору.

₁++;

де Z-питома потенціальна енергія положення; - питома потенціальна енергія тиску; - питома кінетична енергія: - втрати напору.

Рівняння нерозривності потоку показує, що об’ємна витрата рідини , що не стиснута , при встановленому русі зберігається вздовж всього потоку.

Q₁=Q₂=……=Q_n=const, або S₁V₁=S₂V₂=………=S_nV_n=V =const,

Де Q- об’ємна витрата рідини, що нести скається, в перерізах; S- площа живих перерізів потоку рідини; V- середня швидкість рідини.

Гідродинаміка детально розглядає питання гідравлічних опорів, які виникають при різних режимах руху рідини ( ламінарному і турбулентному ) , а також умови переходу одного режиму в інший.

Розглядаючи гідравлічний удар, як шкідливе явище, яке виникає при різкій зміні швидкості руху рідини, зверніть увагу на методи боротьби з ним.

Вивчення питань витікання рідини має велике практичне значення, через те що з ним приходиться стикатися при вирішенні задач про спорожнення різних міст костей-залізничних цистерн, молоковозів, бензовозів, водонапірних баків і т. і.

Задача

По трубопроводу діаметром 160 мм та довжиною 1600 м перекачується нафта в кількості 25 л/с; =2,6м²/с Визначити втрату напору по довжині трубопроводу.

Розв’язок

Швидкість руху нафти

V=4Q/(d2)=40,025/(3,140,152)=1,43 м/с

Критерій Рейнольда

Re=Vd/=1,430,15/2,610-4=825

Режим руху ламінарний.

Коефіцієнт гідравлічного опору

_тер=64/Re=64/825=0,078

Лінійні втрати напору

h_l=_тер(l/d)(V²/2g)=0,078 (1600/0,15)(1,432/29,81)=97,4 м

Відповідь: втрати напору по довжині трубопроводу дорівнюють 97,4 м

[2] c.25-42,44-46,48-49,52-54; [3] c.38-56,60-71,87-91,102-105,115-117,123-124; [5] c.25-48.

Питання для самоконтролю:

1 Чим відрізняється рівняння нерозривності для елементарної струмки від рівняння нерозривності для потоку рідини?

2 В чому різниця рівняння Бернуллі для ідеальної рідини від рівняння Бернуллі для реальної рідини?

3 Де практично застосовують рівняння Бернуллі?

4 Які характерні особливості ламінарного та турбулентного руху рідини?

5 Що таке критерій Рейнольдса?

6 З чого складаються втрати напору при русі рідини в трубопроводі?

7 Чому дорівнює число Рейнольдса?

8 Чому виникає гідравлічний удар? Як запобігти або зменшити його дію?

9 Як визначити витрату рідини, яка витікає з малого отвору?

10 Для чого застосовують насадки?