2. Основы машиностроительной гидравлики

[ 3 ], с. 4…43, 48-64, 67…88

Теоретическое и техническое направления в механике жидкости.

Гидравлика – техническая механика жидкости.

Обобщенный термин «жидкость» - капельная и газообразная, ее отличительные свойства: сжимаемость и текучесть. Коэффициенты объемного сжатия и температурного расширения жидкости, объемный модуль упругости. Плотность массы жидкости, ее зависимость от давления и температуры.

Вязкость жидкости. Закон Ньютона о внутреннем трении в слое движущейся жидкости. Коэффициент вязкости, их зависимость от температуры и давления.

Модель жидкости – сплошная среда – континуум (математический термин).

Напряжение в жидкости под действием внешних массовых (объемных) и поверхностных сил. Давление в жидкости статистическое и динамическое. Связь статистического давления с напряжением сжатия в жидкости.

Выражение объемной и нормальной поверхностной силы через напряжение.

Гидростатика. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости Л.Эйлера в частных производных. Полный дифференциал давления.

Частные случаи распределения давления при равновесии жидкости под действием силы тяжести, статистических сил инерции, и под действием только нормальной поверхностей силы. Закон Б.Паскаля. Гидростатический парадокс. Манометрическое и вакуумметирческое давление. Внутреннее и внешнее давление жидкости на ограничивающие твердые поверхности. Закон Архимеда.

Потенциальная энергия и плотность потенциальной энергии жидкости. Гидростатический напор – удельная потенциальная энергия.

Основы гидродинамики. Структура и струйная модель потока сплошной среды (жидкости). Скорость движения частиц жидкости, заданные в переменных Эйлера. Стационарное и нестационарное движения жидкости. Эпюра местных скоростей в поперечном сечении потока при напорном движении. Площадь поперечного сечения потока, смоченный периметр и гидравлический радиус. Объемный расход и средняя скорость в поперечном сечении потока.

Закон сохранения массы в механике жидкости и гидравлическое уравнение неразрывности (сплошности) потока. Следствие из уравнения неразрывности.

Кинетическая энергия и инертность кинетической энергии в потоке жидкости.

Гидродинамические силы, действующие на поток жидкости при стационарном и нестационарном движении. Гидродинамическое стационарное давление и гидродинамический стационарный напор (удельная кинетическая энергия). Гидродинамическое нестационарное давление.

Закон сохранения энергии в механике жидкости. Гидравлическое уравнение баланса энергии при стационарном (установившемся) движении жидкости. Гидравлическое уравнение баланса энергии при нестационарном движении жидкости.

Гидравлическое уравнение баланса удельной энергии при установившемся движении – уравнение Д.Бернулли.

Закон сохранения импульса (количества движения) в механике жидкости. Гидравлическое уравнение изменения импульса и его применение при расчете гидродинамических сил давления.

Гидравлические сопротивления и потери энергии в потоке жидкости при напорном движении. Определение гидравлического сопротивления. Гидравлические сопротивления по длине потока и местные. Мощность потока. Потери энергии по длине потока при равномерном напорном движении. Формула Дарси потери напора на трение по длине потока. Коэффициент гидравлического трения и его зависимость в общем виде от параметров потока жидкости.

Ламинарное и турбулентное движения жидкости. Число Рейнольдса и его критическое значение. Гидравлическое сопротивление при ламинарном режиме. Зоны гидравлического сопротивления при турбулентности движении. Зависимости для коэффициента гидравлического трения при ламинарном и турбулентном движении жидкости. Номограмма Колбрука-Уайта для определения коэффициента гидравлического трения. Потери давления в функции средней скорости потока.

Местные гидравлические сопротивления. Формула Вейсбаха местных потерь напора. Коэффициент местного сопротивления и его зависимость в общем виде от геометрии проточной части сопротивления и параметров потока.

Определение потерь давления в гидравлической аппаратуре по справочным данным.

Гидравлический расчет элементов напорных гидросистем.

Расчет трубопроводов при стационарном движении жидкости. Три основные задачи при расчете трубопроводов. Трубопроводы гидравлически короткие и гидравлически длинные.

Последовательное и параллельное соединение трубопроводов.

Всасывающий, напорный и сливной трубопроводы в системах коммуникации гидрообъемных приводов.

Расчет гидравлического удара в трубопроводах при напорном нестационарном движении с большим локальным ускорением.

Расчет пропускной способности проходных отверстий в гидравлической аппаратуре. Понятие пропускной способности проходных отверстий. Скорость истечения и расход жидкости через отверстие в тонкой стенке. Коэффициенты сжатия струи, скорости истечения и расхода. Истечение через насадки.

Расчет времени опорожнения резервуара.