Глава 1. Введение.
1.1 Исторический обзор развития гидравлики
Гидравликой называется прикладная наука, в которой изучаются законы движения и равновесия жидкости и даются способы приложения этих законов к решению конкретных технических задач.
Гидравлика – одна из самых древних наук в мире.
За 500 лет до нашей эры в Китае существовали оросительные каналы и были известны простейшие устройства для подъема воды.
Первое сочинение по гидравлике – трактат греческого ученого Архимеда "О плавающих телах", написанный за 250 лет до нашей эры, в котором был сформулирован закон равновесия тела, погруженного в жидкость (закон Архимеда).
Далее до 15 века – застой средневековья.
Новые работы по гидравлике появились в эпоху Возрождения.
Леонардо де Винчи (1452-1519) занимался истечением жидкости из отверстий и законов движения воды в реках и каналах, но эти результаты на 400 лет были забыты. Независимо от Леонардо де Винчи в 1643 году Торричелли вывел формулу истечения жидкости из отверстия.
В 1650 г. французский ученый Паскаль открыл закон о передаче жидкостью внешнего давления, который явился основой для расчета гидравлических прессов и гидроподъемников.
Английский ученый Ньютон в 1686 г. сформулировал гипотезу о законах внутреннего трения и впервые ввел понятие вязкости в жидкостях.
Академики Российской академии наук Леонард Эйлер (1707-1782) и Даниил Барнулли (1700-1782) в своих трудах положили начало развития теоретической гидромеханики.
Гидромеханика (или механика жидкости и газа) - наука о законах движения и равновесия жидкостей и газов на основе строго математического анализа. Но к 19 веку теоретический аппарат гидромеханики не мог удовлетворить многим запросам практики в связи с бурным развитием техники. Это явилось причиной развития особой прикладной науки – гидравлики, созданной в 18-19 вв. трудами Шези, Дарси, Вейсбаха, Жуковского и других.
Основы учения о движении вязкой жидкости были заложены в 1820-1850 годах французскими учеными Навье и Стоксом, которые получили систему уравнений движения вязкой жидкости, названную в их честь.
Теоретические результаты на основе уравнений Навье-Стокса были подтверждены Пуазейлем в 1840-1842 годах в экспериментальных исследованиях движения жидкости в трубах и равномерного обтекания шара жидкостью при малых скоростях движения.
Рейнольдс в 1883 г.экспериментально установил, что при увеличении скорости движения жидкости в трубе происходит изменение режима течения. Слоистое течение жидкости переходит в течение с существенными поперечными пульсациями. Тем самым было показано существование ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости.
Рейнольдсом были введены пульсации скорости и давления в жидкости и получены уравнения для осредненного движения. Соответствующая система уравнений получила название уравнений Рейнольдса и является в настоящее время математической моделью турбулентного движения жидкости. в уравнениях Рейнольдса появляются новые члены, имеющие смысл дополнительного сопротивления движению. Для их определения в 1920-1930 годах трудами Прандтля, Тейлора и Кармана созданы полуэмпирические модели турбулентности.
Большой вклад в развитие гидравлики и гидромеханики внес Николай Егорович Жуковский (1847-1921). Важнейшей его работой в этой области стала исследование "О гидравлическом ударе" (1899 г.). Выдающийся русский инженер Н.П.Петров (1847-1921) разработал гидродинамическую теорию смазки.
Дальнейшее развитие гидромеханики и гидравлики связано с применением развитых методов исследования к практическим задачам. и развитием теории для неравномерных и нестационарных течений, для сжимаемых сред и т.д.