Gidra-exam (Шпаргалки по Механике жидкости и газа (Гидравлике) DOC)
Описание файла
Файл "Gidra-exam" внутри архива находится в папке "Шпаргалки по Механике жидкости и газа (Гидравлике) DOC". Документ из архива "Шпаргалки по Механике жидкости и газа (Гидравлике) DOC", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "механика жидкости и газа (мжг или гидравлика)" из , которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "механика жидкости и газа (мжг или гидравлика)" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Gidra-exam"
Текст из документа "Gidra-exam"
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО ГИДРАВЛИКЕ
1. Исторический очерк
Гидравлика - прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и их взаимодействие с твердыми телами.
2. Жидкие и твердые тела
Жидкость - агрегатное состояние вещества с большой подвижностью частиц, сочетающее черты газов и твердых тел.
Общие черты с твердыми телами:
-
постоянный объем
-
прочность на разрыв
Общие черты с газами:
-
текучесть - неограниченная деформация, под действием минимальных сил
Гидростатика - раздел гидравлики, изучающий законы равновесия жидкостей и погруженных в них тел, их взаимодействие с твердыми телами.
3. Капельные и газообразные жидкости
Жидкость (жидкость и газ) - сплошная легкоподвижная среда.
Капельные: если объем такой жидкости меньше объема сосуда, то она занимает его часть, образуя свободную поверхность.
Газообразные: в свободном состоянии не образуют капель и заполняют весь объем сосуда.
4. Плотность, удельный вес, динамическая и кинематическая вязкость
Плотность - масса единицы объема: = M / W
Удельный вес - вес единицы объема: = G / W; = g. Не является физико-химической характеристикой так как зависит от места измерения.
Вязкость - сопротивление действию внешних сил, вызывающих течение жидкости. Вязкость зависит от температуры и давления (>1МПа). Объемная вязкость - превращение механической энергии объемной деформации в теплоту.
Динамическая вязкость - характеризует силу внутреннего трения, возникающую на единице площади поверхности слоев жидкости. [Па с]
Кинематическая вязкость - отношение динамической вязкости к плотности жидкости: = в / [м2 / с]
5. Кавитация, газонаполнение, кипение, испарение
Процессы, нарушающие неразрывность и однородность жидкости.
Кавитация - образование в капельной жидкости пузырьков газа или пара. Происходит при падении давления в жидкости ниже давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Понижение давления происходит при высоких местных скоростях в потоке жидкости или при прохождении интенсивной акустической волны.
Газонаполнение - способность жидкостей поглощать и растворять соприкасающиеся с ними газы, образуя однородные смеси или двухфазные системы (аэрация - наполнение воздухом). Характеризуется коэффициентом растворимости, зависит от давления.
Кипение - парообразование в объеме жидкости с образованием пузырьков. Чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость.
Давление насыщенного пара - давление пара, находящегося в замкнутом пространстве в термодинамическом равновесии с жидкостью того же химического состава. Кипение начинается при давлении насыщенного пара, равного внешнему давлению.
Испарение - парообразование на свободной поверхности жидкости. Зависит от рода жидкости и окружающей среды.
6. Силы, действующие на покоящуюся жидкость
Внешние силы - приложены к частицам
1. со стороны других тел - поверхностные - к точкам поверхности, пропорциональны ее площади
2. со стороны физических полей - массовые (объемные) - ко всем частицы, пропорциональны массе
Внутренние силы - силы взаимодействия между частицами, силы гидростатического давления.
7. Гидростатическое давление
Гидростатическое давление - предел отношения нормальной сжимающей силы к элементарной площадке, на которой действует эта сила, при стремлении этой площадки к нулю: .
Свойства гидростатического давления:
-
В любой точке жидкого тела одинаково во всех направлениях (не зависит от угла наклона площадки),
-
Есть функцией оси координат,
-
Сила давления действует по нормали.
8. Уравнение Эйлера для равновесия жидкости
Уравнение Эйлера для равновесия жидкости - совокупное дифференциальное уравнение равновесия жидкости под действием произвольных внешних сил.
Если dP1 и dP2 - внешние силы, то условие равновесия: dP1 - dP2 + dFx = 0; где dFx = dM ax, dM = dW, dW = dx dy dz.
Сила гидростатического давления: dP = p d, если р1 и р2 - давление в точках приложения сил dР1 и dР2, то dР1 = p1 dy dz и dР2 = p2 dy dz. Если р = давление в центре тяжести, то: и .
Уравнение равновесия : , поскольку dy0 и dz0, то: . Аналогично для других координатных осей, получим уравнение Эйлера:
Сложив три уравнения получим: , при постоянной плотности жидкости: . ГМТ постоянного давления называется поверхностью равного давления или поверхностью уровня.
9. Равновесие жидкости под действием силы тяжести
, для жидкости, находящейся в равновесии под действием собственного веса: ax = 0; ay = 0; az = -g;
p = - g z + c, так как g = , то p + z = const.
10. Основное уравнение гидростатики, энергетический и геометрический смысл
Так как: p + z = const, то p/ + z = const [м] - основное уравнение гидростатики.
Энергетический смысл: р/ - удельная (отнесенная к единице веса) потенциальная энергия давления, z - удельная потенциальная энергия положения.
Геометрический смысл: p/ + z = Н - гидростатический напор, тогда: p/ - пьезометрический напор и z - напор положения.
11. Полное и манометрическое давление, вакуум, пьезометрическая и вакуумметрическая высота
Полное давление - сумма внешнего поверхностного и весового давлений: p = p0 + h, где весовое давление - произведение удельного веса жидкости на расстояние от точки до свободной поверхности.
Манометрическое (избыточное) давление - превышение гидростатического давления над атмосферным: pизб = p - pатм.
Вакуум - разность между атмосферным и гидростатическим давлением: pвак = pатм - p.
Пьезометрическая высота - высота столбика жидкости, который своим весом может создать давление, равное избыточному.
Вакуумметрическая высота - разность атмосферного и полного давлений в точке.
12. Давление жидкости на плоскую стенку
Пусть - угол наклона стенки к горизонту, - плотность жидкости, р0 - давление на свободной поверхности жидкости, h - расстояние от свободной поверхности жидкости до точки и l - расстояние до точки вдоль стенки, тогда: р = р0 + h = р0 + l sin ; dP = p d = (р0 + l sin ) d, интегрируя по получим: P = p0 + g sin Sx, где Sx - статический момент относительно оси стенке. Так как Sx = lцт , то P = (р0 + hц).
13. Центр давления и его местонахождение
Центр давления - точка приложения равнодействующей силы избыточного давления.
Сила избыточного давления жидкости на плоскую стенку: dP = g h d. Момент этой силы относительно оси стенке: dM = dP l = g l sin d l, и если - момент инерции, тогда суммарный момент силы избыточного давления: М = g sin Ix. Но с другой стороны: M = P lцд, где lцд - расстояние вдоль стенки до центра давления. Так как: P = g hц = g lцт sin , то М = g lцт sin lцд = g sin Ix. Отсюда: lцд = Ix / lцт. Центр тяжести и центр давления совпадают когда рассматриваемая плоскость горизонтальна.
14. Давление жидкости на криволинейную цилиндрическую поверхность
Криволинейная цилиндрическая поверхность - образующая движется себе самой вдоль криволинейной траектории. Внешнее давление не учитывается, так как компенсируется с обоих сторон поверхности. Действие окружающей жидкости заменяем силами G - вес рассматриваемого объема жидкости, Рх` - горизонтальная, Рz` - вертикальная и Рх, Рz - составляющие силы Р, действующей на криволинейную поверхность.
Рх = Рх`, Pz = Pz` - G; P = (Px2 + Pz2). Сила избыточного давления жидкости на криволинейную цилиндрическую поверхность равна геометрической сумме двух составляющих: горизонтальная численно равна силе давления жидкости на вертикальную проекцию криволинейной поверхности, а вертикальная - весу жидкости в объеме тела давления. Тело давления - объем жидкости, лежащий над криволинейной поверхностью, между вертикальными плоскостями, проходящими через крайние образующие и свободной поверхностью жидкости или ее продолжением. Px = hцт z; Pz = hцт х = Wтела давления, где z и х - площади вертикальной и горизонтальной проекций криволинейной поверхности.
15. Закон Архимеда, плавание тел
Закон Архимеда: на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила равная весу вытесненной жидкости.
Плавает: Pz`` - Pz` > G; Равновесие: Pz`` - Pz` = G; Тонет: Pz`` - Pz` < G, где Pz`` = W(рассматриваемое тело + тело давления), а Pz` = W(тело давления). Значит: Pz`` - Pz` = W(рассматриваемое тело). Объемное водоизмещение - объем вытесненной жидкости. Центр водоизмещения - центр тяжести вытесненного объема жидкости.
16. Местная скорость, ее полная производная и составляющие
Местная скорость - скорость частицы жидкости в данной точке пространства в данный момент времени: u = f(x, y, z, t). В проекциях на оси координат: . Полная производная каждой из составляющих имеет вид: первое слагаемое - изменение скорости во времени в фиксированной точке пространства - локальная составляющая ускорения, остальные - изменение скорости при перемещении в пространстве - конвективная составляющая ускорения. Установившееся движение - скорость не зависит от времени.
17. Линия тока, элементарная струйка, вихревые линия и трубка
Линия тока - линия, касательная к каждой точке которой в данный момент времени совпадает с направлением вектора скорости. Элементарная струйка - бесконечно малый объем жидкости вокруг линии тока. Вихревая линия - линия, касательная во всех точках к векторам угловой скорости частиц. Вихревая трубка - поверхность, ограниченная вихревыми линиями, проведенными через точки бесконечно малого замкнутого контура.