- •«Челябинский государственный агроинженерный
- •Университет»
- •Гидравлика
- •Челябинск
- •Введение
- •Раздел 1 Гидравлика
- •Силы, действующие в жидкости
- •2. Физические свойства жидкости
- •2.1. Плотность и удельный вес жидкости
- •2.2. Сжимаемость жидкости
- •2.3. Температурное расширение жидкости
- •2.4. Вязкость жидкостей
- •3. Гидростатика
- •3.1. Свойства гидростатического давления
- •3.2. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Леонарда Эйлера)
- •3.3. Основное уравнение гидростатики. Эпюры гидростатического давления
- •3.4. Сила гидростатического давления на плоские поверхности
- •3.5. Сила гидростатического давления, действующая на криволинейные поверхности
- •3.6. Закон Архимеда. Основы теории плавания
- •3.7. Гидростатические машины и механизмы
- •4. Гидродинамика
- •4.1. Основные понятия
- •4.2. Уравнение неразрывности (сплошности)
- •4.3. Уравнение д.Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости. График уравнения д.Бернулли
- •4.4. Уравнение д.Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости. График уравнения д.Бернулли
- •4.5. Уравнение д.Бернулли для потока реальной жидкости
- •5. Определение гидравлических потерь
- •5.1. Классификация потерь напора
- •5.2. Основное уравнение равномерного движения
- •5.3. Формулы для определения гидравлических потерь
- •5.4. Режимы движения жидкости. Критерий рейнольдса
- •5.5. Особенности ламинарного режима движения жидкости
- •5.6. Особенности турбулентного режима движения жидкости
- •5.7. Влияние режима движения жидкости и шероховатости на величину коэффициента трения в трубах (график Никурадзе)
- •6. Гидравлический расчет трубопроводов
- •6.1. Классификация трубопроводов
- •6.2. Расходная характеристика трубопровода (модуль расхода)
- •6.3. Гидравлические характеристики трубопроводов
- •6.4. Равномерный путевой расход
- •6.5. Гидравлический удар в трубопроводах. Гидравлический таран
- •7. Истечение жидкости из отверстий и насадков
- •7.1. Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке
- •7.2. Истечение жидкости через насадки
- •8. Гидравлическое моделирование
- •8.1. Сущность моделирования
- •8.2. Основные законы гидродинамического подобия. Критерий подобия Ньютона
- •8.3. Критерий подобия Рейнольдса, Фруда, Эйлера, Вебера
- •Раздел 2 Гидравлические машины
- •9. Насосы
- •9.1. Классификация насосов
- •9.2. Основные параметры насосов
- •9.2.1. Напор, развиваемый насосом
- •9.2.2. Мощность и кпд насоса
- •9.3. Область применения насосов
- •10. Динамические насосы
- •10.1. Центробежные насосы
- •10.1.1. Схема устройства и принцип действия
- •10.1.2. Основное уравнение центробежного насоса
- •10.1.3. Подача центробежного насоса
- •10.1.4. Теоретические характеристики центробежного насоса
- •10.1.5. Действительная характеристика центробежного наоса
- •10.1.6. Универсальные характеристики центробежного насоса
- •10.1.7. Процесс всасывания и явление кавитации в центробежном насосе
- •10.1.8. Законы пропорциональности центробежного насоса
- •10.1.9. Работа центробежного насоса на сеть
- •10.1.10. Регулирование работы центробежного насоса
- •10.1.11. Совместная работа центробежных насосов
- •10.1.12. Центробежные насосы специального назначения
- •10.2. Насосы трения
- •10.2.1. Вихревые насосы
- •10.2.2. Струйные насосы
- •10.2.3. Воздушные насосы
- •10.2.4. Шнековые насосы
- •10.2.5. Дисковые насосы
- •10.2.6. Лабиринтные насосы
- •10.2.7. Вибрационные насосы
- •11. Объемные насосы
- •11.1. Возвратно - поступательные насосы
- •11.2. Роторные насосы
- •Раздел 3 гидравлическиЙ привод
- •12. Классификация
- •13. Объемный гидропривод
- •13.1. Функциональная схема
- •13.2. Принципиальная схема гидропривода
- •13.3. Область применения объемных гидроприводов
- •13.4. Достоинства и недостатки объемных гидроприводов
- •13.5. Требования к рабочей жидкости
- •13.6. Объемный гидропривод возвратно-поступательного движения
- •13.7. Принцип расчета гидропривода
- •13.8. Объемный гидропривод вращательного движения
- •13.9. Регулирование скорости гидропривода
- •13.9.1. Объемное регулирование
- •13.9.2. Дроссельное регулирование
- •13.10. Следящий гидропривод
- •14. Гидролинии, гидроемкости, фильтры
- •Раздел 4 сельскохозяйственное водоснабжение
- •15. Системы водоснабжения. Классификация.
- •Слово о воде
- •16. Водоснабжение из поверхностных источников
- •17. Водоснабжение из подземных источников
- •18. Водонапорные и регулирующие устройства
- •19. Требования, предъявляемые к качеству хозяйственно–питьевой воды. Методы улучшения качества воды
- •20. Основные данные для проектирования водопроводной сети
- •Раздел 5 Водоотведение
- •21. Основы канализации
- •22. Уловители нефтепродуктов
- •Литература
- •Содержание
Раздел 1 Гидравлика
Силы, действующие в жидкости
Жидкостью называется физическое тело способное изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил, т.е., как принято говорить, жидкость обладает текучестью.
Жидкости делятся на два класса: капельные и газообразные (газы). Капельные жидкости способны образовывать капли. Если их объем меньше объема сосуда, они занимают часть его. В этом случае они имеют поверхность раздела капельной жидкости с газом, называемую свободной поверхностью.
Газы занимают весь предоставленный им объем. В курсе гидравлики изучаются только капельные жидкости, называемые просто жидкостями.
Жидкость рассматривается как сплошная среда, т.е. среда без пустот и переуплотнений (по-латыни такая среда называется континуум).
Вследствие текучести жидкости в ней принципиально не могут существовать сосредоточенные силы, а только равномерно приложенные к объему (массе) или к поверхности. Поэтому силы, действующие в жидкости, подразделяют на объемные (массовые) и поверхностные.
Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона пропорциональны массе жидкости или ее объему. К ним относятся сила тяжести и сила инерции переносного движения, т.е. на элементарный объем жидкости ΔW c плотностью ρ, движущийся с ускорением Ј действует массовая сила ΔF = ρΔW·Ј.
Поверхностные силы непрерывно распределены по поверхности жидкости и пропорциональны величине этой поверхности. Эти силы обусловлены непосредственным воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или же воздействием других тел (твердых или газообразных), соприкасающихся с данным жидким телом.
В общем случае при движении жидкости поверхностная сила ΔR, действующая на элементарной площади Δ, направлена под некоторым углом к ней, и силу ΔR можно разложить на нормальную ΔР и тангенциальную ΔТ составляющие (рис. 1.1).
Рис. 1.1
Нормальное напряжение в жидкости называется давлением.
Истинное давление
. (1.1)
Среднее давление на заданной поверхности
Н/м2 (1.2)
Касательное напряжение в жидкости, т.е. напряжение силы трения обозначается τ и выражается подобно давлению.
Истинное касательное напряжение
. (1.3)
Среднее касательное напряжение на заданной поверхности
, Н/м2 (1.4)
Способность жидкости воспринимать сжимающие усилия (давления) ничем не ограничена. Этого нельзя сказать о растягивающих усилиях. Наличие в жидкостях мельчайших твердых частиц и растворенного воздуха делает их практически не сопротивляющимися растяжению. Примем это утверждение за аксиому.
2. Физические свойства жидкости
2.1. Плотность и удельный вес жидкости
Ввиду того, что жидкость в отличие от твердого тела в значительно большей степени подвержена изменению своей массы под действием внешних сил, строго судить о плотности можем только в данной точке жидкости, т.е. плотностью жидкого тела будем называть предельное значение отношения массы элементарного тела к его объему. Такая плотность называется истинной
(2.1)
Пренебрегая изменением массы, т.е. считая жидкость однородной, ее плотность можно выразить аналогично твердому телу, т.е.
, кг/м3 (2.2)
Плотность жидкостей зависит от температуры. Она уменьшается с ее ростом. Некоторым особняком в этом отношении находится вода. Так, дистиллированная вода имеет максимальную плотность, равную 1000 кг/м3 при температуре порядка 4оС. до этой температуры и после она меньше. Это имеет принципиальное значение с точки зрения обмена слоев воды в естественных водоемах.
Для удобства составления таблиц плотностей различных физических тел, в том числе и жидкостей, применяют понятие относительной плотности δ, равной плотности физического тела к плотности воды при 4оС:
. (2.3)
По аналогии с плотностью истинным удельным весом называется предельное значение отношения веса элементарного тела к его объему:
(2.4)
Если считать жидкость однородной, ее удельный вес можно выразить как
, Н/м3 (2.5)
Связь между удельным весом и плотностью в земных условиях легко найти, если учесть, что G = М·g:
γ = ρg. (2.6)
Для инструментального определения плотности служат приборы, называемые ареометрами.