- •Введение
- •1. Вводные сведения
- •1.1. Предмет механики жидкости и газа
- •1.2. Краткие исторические сведения о развитии науки
- •2. Основные физические свойства жидкостей и газов
- •2.1. Физическое строение жидкостей и газов
- •2.2. Основные физические свойства: сжимаемость, текучесть, вязкость, теплоемкость, теплопроводность
- •2.3. Гипотеза сплошности
- •2.4. Два режима движения жидкостей и газов
- •2.5. Неньютоновские жидкости
- •2.6. Термические уравнения состояния
- •2.7. Растворимости газов в жидкостях, кипение, кавитация. Смеси.
- •2.8. Законы переноса
- •2.9. Требования к рабочим жидкостям
- •3. Основы кинематики сплошных сред
- •3.1. Два метода описания движения жидкостей и газов
- •3.2. Понятие о линиях и трубках тока. Ускорение жидкой частицы
- •3.3. Расход элементарной струйки и расход через поверхность
- •3.4. Уравнение неразрывности (сплошности)
- •3.5. Вихревое и безвихревое (потенциальное) движения
- •4. Силы, действующие в жидкостях
- •4.1. Массовые и поверхностные силы
- •4.2. Напряжения поверхностных сил
- •4.3. Напряженное состояние
- •5. Общие законы и уравнения статики и динамики жидкостей и газов
- •5.1. Уравнения движения в напряжениях
- •5.2. Уравнения гидростатики в форме Эйлера и их интегралы
- •5.3. Напряжения сил вязкости, обобщенная гипотеза Ньютона
- •5.4. Уравнение Навье-Стокса для вязкой жидкости
- •5.5. Примеры аналитических решений уравнений Навье-Стокса для ламинарного движения в цилиндрических трубах
- •6. Абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред
- •6.1. Основная формула гидростатики
- •6.2. Определение сил давления покоящейся среды на плоские и криволинейные стенки
- •6.3. Относительный покой (равновесие) жидкости
- •Следовательно, вместо уравнения (6.5) можно записать:
- •7. Модель идеальной (невязкой) жидкости
- •7.1. Модель идеальной (невязкой) жидкости. Уравнения Эйлера
- •7.2. Интегралы уравнения движения жидкости для разных случаев движения. Баротропные и бароклинные течения
- •8. Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения
- •8.1. Законы сохранения
- •8.2. Закон изменения количества движения
- •8.3. Закон изменения момента количества движения
- •8.4. Силовое воздействие потока на ограничивающие его стенки
- •9. Общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах
- •10. Турбулентность и ее основные статистические характеристики
- •10.1. Турбулентное течение
- •10.2. Осредненные параметры и пульсации. Стандарт пульсационной скорости и степень турбулентности
- •10.3. Двухслойная модель турбулентности
- •11. Подобие гидромеханических процессов
- •11.1. Числа и критерии подобия
- •11.2. Понятие о методе размерностей. Пи-теорема
- •11.3. Методы моделирования
- •11.4. Методы аналогий
- •12. Одномерные потоки жидкостей и газов
- •12.1. Уравнение д. Бернулли для струйки и потока реальной (вязкой) жидкости
- •12.2. Гидравлические потери (общие сведения)
- •13. Ламинарное течение в круглых трубах
- •13.1. Течение при больших перепадах давления
- •13.2. Ламинарное течение с облитерацией
- •13.3. Ламинарное течение с теплообменом
- •14. Потери напора при турбулентном течении в гидравлически гладких круглых трубах
- •14.1. Потери напора при турбулентном течении в шероховатых трубах. График и.И. Никурадзе
- •15. Местные гидравлические сопротивления
- •15.1. Внезапное расширение русла
- •15.2. Внезапное сужение русла
- •15.3. Местные сопротивления при ламинарном течении
- •16. Истечение жидкости через отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре
- •16.1. Истечение через насадки при постоянном напоре
- •17. Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре
- •17.1. Неустановившееся движение жидкости в трубах
- •17.2. Гидравлический удар
- •18. Расчет простых трубопроводов
- •18.1. Основные задачи по расчету простых трубопроводов
- •18.2. Последовательное соединение простых трубопроводов
- •18.3. Параллельное соединение простых трубопроводов
- •18.4. Разветвлённое соединение простых трубопроводов
- •19. Расчет сложных трубопроводов
- •19.1. Трубопроводы с насосной подачей жидкости
- •19.2. Основы расчета газопроводов
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Гоувпо «Воронежский государственный технический университет»
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
В.В. Бородкин А.И. Болдырев
О.В. Козлова
ГИДРАВЛИКА
(механика жидкости и газа)
Учебное пособие
Воронеж 2009
ГОУВПО «Воронежский государственный
технический университет»
В.В. Бородкин А.И. Болдырев
О.В. Козлова
ГИДРАВЛИКА
(механика жидкости и газа)
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
В оронеж 2009
УДК 532.5 (075.8)
Бородкин В.В. Гидравлика (механика жидкости и газа): учеб. пособие / В.В. Бородкин, А.И. Болдырев, О.В. Козлова. Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009. - 255 с.
В учебном пособии на основании общих законов и уравнений статики и динамики, рассматриваются основные закономерности гидравлики и их приложение к решению практических задач.
Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151001 «Технология машиностроения», дисциплине «Гидравлика».
Пособие предназначено для студентов всех форм обучения и может быть полезно аспирантам и специалистам в области гидравлики (механики жидкости и газа).
Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержится в файле ГИДРАВЛИКА.doc.
Табл. 1. Ил. 68. Библиогр.: 11 назв.
Научный редактор канд. техн. наук, проф. В.В. Бородкин
Рецензенты: кафедра автоматизации производственных
процессов ВГЛТА (зав. кафедрой д-р техн. наук,
проф. В.С. Петровский);
д-р техн. наук, проф. И.А. Чечета
© Бородкин В.В., Болдырев А.И., Козлова О.В., 2009
© Оформление. ГОУ ВПО «Воронежский
государственный технический университет», 2009
Введение
Законы движения жидкостей и газов изучаются в механике жидкостей и газов, или по общепринятой терминологии - гидромеханике. Историческое развитие механики жидкостей шло двумя различными путями. Первый путь - теоретический, путь точного математического анализа, основанного на законах механики. Он привел к созданию теоретической гидромеханики, которая долгое время являлась самостоятельной дисциплиной, непосредственно не связанной с экспериментом. Метод теоретической гидромеханики является весьма эффективным средством научного исследования. Однако на пути чисто теоретического исследования движения жидкости встречается множество трудностей, и методы теоретической гидромеханики не всегда дают ответы на вопросы, выдвигаемые практикой.
Второй путь - путь широкого привлечения эксперимента и накопления опытных данных для использования их в инженерной практике - привел к созданию гидравлики; он возник из насущных задач практической, инженерной деятельности людей. В начальный период своего развития гидравлика была наукой чисто эмпирической. В настоящее же время в ней, где это возможно и целесообразно, все больше применяют методы теоретической гидромеханики для решения отдельных задач, а теоретическая гидромеханика все чаще начинает прибегать к эксперименту как к критерию достоверности своих выводов. Таким образом, различие в методах этих двух направлений одной и той же науки постепенно исчезает.
Интенсификация технологических процессов невозможна без знания законов движения жидкостей и газов, без знания процессов перемешивания в потоках. Поэтому в последние годы гидравлика и гидродинамика получают все более широкое применение в нетрадиционных комбинированных методах обработки, при реализации различных металлургических процессов, при усовершенствовании различных машин. Почти во всех машинах имеются элементы, в которых происходит движение жидкостей или газов. В одних - потоки жидких или газообразных сред связаны с выполнением основного назначения машин, в других они лишь обеспечивают условия ее нормальной работы.
В связи с этим государственным образовательным стандартом (ГОС) высшего профессионального образования (рег. номер 513 тех/дс от 28.02.2001 г.) по направлению подготовки дипломированного специалиста 151000 «Конструкторско- технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», утвержденному приказом Министерства образования Российской Федерации от 08 ноября 2000 г. № 3200, в качестве дисциплины федерального компонента по циклу общепрофессиональных дисциплин определена «Гидравлика» (ОПД. Ф.02.05), обязательный минимум содержания которой уже включает в себя не только основные разделы собственно гидравлики, но также и отдельные главы технической гидромеханики.
В настоящем учебном пособии кроме общих законов и уравнений статики и динамики жидкостей и газов, полученных в результате физического и математического анализов модели движения сплошной среды, рассматривается и традиционная модель движения идеальной (невязкой) жидкости, а также сформулированные на ее базе основные закономерности гидравлики и их приложение к решению практических задач.
Учебное пособие предназначено для преподавателей и студентов всех форм обучения инженеров по направлению подготовки дипломированного специалиста 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», осуществляемого в Воронежском государственном техническом университете.