Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Впоследствии эта теория получила блестящее Развитие в трудах Николая Егоровича Жуковского (1847 †19) и Сергея Алексеевича Чаплыгина (1869 †19), а также в работах других ученых. В 1898 г. Алексей Николаевич Крылов (1863 — 1945) разработал общую теорию качки корабля„которая и в настоящее время служит базой для определения сил, действующих на корпус корабля при его качке. В статье «Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод» (1889) Жуковский представил вывод общих уравнений ла- 13 Ч.!. Гидравлика минарной фильтрации и метод интегрирования их для ряда практических задач. Основные положения этой статьи получили развитие в работах Н.Н.
Павловского и его многочисленных учеников. Мировую известность снискала работа Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах» (1899). Выясняя причину аварий на московском водопроводе, Жуковский впервые блестяще раскрыл теорию этого сложного явления. До настоящего времени она является основой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований гидравлического удара в трубах. В работе «О трении смазочного слоя между шипом н подшипником», написанной Н.Е.
Жуковским совместно с С.А. Чаплыгиным и опубликованной в 1906 г., было дано точное математическое решение задачи Петрова. Николай Николаевич Павловский (1884 — 1937) успешно развил теорию фильтрации и предложил формулу для расчета гидравлических сопротивлений при турбулентном движении (1925). Выдающийся ученый и инженер Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939) разработал основы гидравлического расчета трубопроводов с учетом движения жидкостей большой вязкости (типа нефтяных), которые затем развили Леонид Самойлович Лейбензон (1879 — 1951) и его ученики.
В ХХ в. исследования ламинарного течения вязкой жидкости вышли на новый уровень. В 1904 г. Л. Прандтлем были получены дифференциальные уравнения для описания ламинарного пограничного слоя. В дальнейшем многими учеными были проведены исследования ламинарного слоя на пластине, профиле н телах вращения, по устойчивости ламинарного режима течения в трубах и пограничном слое, выполнены расчеты и разработаны методы управления режимом течения в слое. При этом широко использовались идеи и методы по устойчивости движения выдающегося русского ученого Александра Михайловича Ляпунова (1857 — 1918).
Большие успехи были достигнуты советскими учеными в изучении проблем турбулентного движения и теории пограничного слоя — сложнейших проблем гидромеханики. Академик Л.Д. Ландау высказал интересные идеи о процессах возникновения и развития турбулентности, Л.С. Лейбензон впервые вывел энергетическое уравнение для пограничного слоя.
Большой вклад в решение задач, связанных с явлением турбулентности в трубах и каналах, а также в пограничном слое, внесли А.Н. Колмогоров, А.М. Обухов, М.Д. Миллионщиков и другие советские ученые. 1.ГИДРОСТАТИКА 1.1. Понятия гидравлики и жидкости Современная гидравлика изучает законы равновесия и движения жидкостей и силовое взаимодействие между жидкостью и обозкаемымн ею телами илн ограничивающими ее поверхностями, а иноке их использование при решении практических задач. Вещества в конденсированном агрегатном состоянии, промежуточном между твердым и газообразным, называют жидкостяоп.
Под текучестью понимают способность веществ изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил и приходить в движение. В гидравлике исследуются потоки жидкости, ограниченные твердыми стенками, т. е. внутренние течения, н решается так называемая внутренняя задача. Возникающие прн внешнем обтекании твердых тел сплошной средой задачи, относящиеся к внешним, изучает аэрогидромеханика — наука, которая получила развитие в связи с возрастающими потребностями судостроения и авиации. На законах гидравлики основаны методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений, гидромашнн и других гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники. Особенно значима роль гидравлики в машиносгроении при разработке следующих технических направлений: закрытые русла (трубы) н потоки, полностью заполняющие все сечение трубы, с давленнсм, отличным от атмосферного; гидроснстемы подачи технологических жидкостей (охлаждения, топливоподачи, смазки и т.
п.); гидроприводы — передача механической энергии посредством жидкости; при этом возможно обеспечение простоты и бесступенчатости регулирования, автоматического управления. Создание прогрессивных систем и агрегатов многоцелевых мобильных машин и технологического оборудования базируется па достижениях науки и техники. В этом случае важное значение 15 Ч. 2 1 идривлика отводится повышению производительности, надежности, долговечности машин и возможности их использования в производственных процессах.
К прогрессивным решениям относится применение приводов с компьютерным и гидропневматическим управлением. 1.2. Силы, действующие в жидкостях Сплощиосигь средьь Научную базу современной гидравлики составляют общие законы физики, теоретической механики, такие как закон М.В. Ломоносова о сохранении материи и движения.
В основу важнейшего принципа гидравлики, сформулированного Л. Эйлером, положено представление жидкости как непрерывной сплошной среды. С математической точки зрения гипотеза оплошности среды означает, что любая функция, характеризующая состояние жидкости, непрерывна и дифференцируема и позволяет рассматривать все параметры жидкостей как функции координат в пространстве и времени. В механике изучается одна из форм движения — механическая, которая состоит в том,что с течением времени тело меняет свое положение в пространстве. Простейшей моделью физического тела, размерами которого можно пренебречь, является материальная точка.
Физические тела рассматриваются как совокупность материальных точек. С точки зрения механики жидкость представляет собой сплошную среду, обладающую текучестью. Благодаря этому свойству жидкости приобретают форму, предоставленную пространством. Известно, что все физические тела состоят из молекул и атомов, которые, в свою очередь, имен)т сложную структуру.
Можно считать, что масса материала не сосредоточена в молекулах и атомах, а непрерывно распределена (размазана) в занятом физическим телом пространстве, т. е, использовать модель сплошной среды (континуума), непрерывно заполняющей пространство, без пустот или разрывов. С одной стороны, такая модель позволяет не рассматривать особенности молекулярного строения тех или иных физических тел, а считать их одинаковыми или различными в зависимости от таких интегральных (не учитывающих молекулярную структуру тела) характеристик, как плотность, вязкость, скорость среды и т.
п. С другой стороны, дает возможность использовать предель- 16 Гл. 1. Гидростатика лыс переходы для определения указанных интегральных характеристик. Исходя из этого, в сплошной среде выделяют части объемов и поверхностей, в пределах которых можно пренебречь изменением какой-либо физической величины 1плотности, скорости, гсмпературы и т. п.), и называют их элементарными объемами и площадками (по отношению к той или иной физической величине). Все параметры, характеризующие движение жидкости, считают непрерывными вместе с их производными во всех точках (кроме особых).
Таким образом, появляется возможность использовать дифференциальные уравнения равновесия и движения жидкости, решение которых позволяет получить параметры жидкости в любой точке пространства. Учет такого свойства жидкости, как текучесть, позволяет сози;пь модель среды, у которой дифференциальные уравнения равновесия и движения одинаковы для газа и жидкости. Различают мшюсжимаемые (жидкость) и сжимаемые 1газ) физические тела. ( ' точки зрения физики и гидравлики жидкость в отличие от газа в малых количествах сохраняет свою сферическую форму (в виде капли), а в больших количествах заполняет лишь ту часть пространства, которая равна ее объему, и может образовывать свободную поверхность.
Часто жидкости называют капельными, поскольку их объем ничтожно изменяется при воздействии внешних щш, и, как правило, считают несжимаемыми. Газ занимает все предоставленное пространство, его объем значительно изменяется нод воздействием внешних сил, что обусловливает его сжимаемость. Характеристики сжимаемости учитывают при интегрированиии дифференциальных уравнений равновесия и движения, В гидравлике главным образом изучают законы движения жидкости и газа со скоростями, значительно меньшими скорости ~нука, т. е. когда сжимаемостью газа можно пренебречь.
Внутренние и внешние силы. Вследствие текучести жидкости 1нодвижности ее частиц) как непрерывной среды в жидкости не мо- ~ у~ действовать сосредоточенные силы, а возможно лишь действие непрерывно распределенных по выделенному объему (массе) или по поверхности сил. В связи с этйм действующие на рассматриваемый объем жидкости силы являются по отношению к нему внешними.
К иагтреннни силан относятся силы взаимодействия между отдельными частицами (элементарными объемами) тела. Внешние силы приложены к частицам рассматриваемого объема со стороны жидкости, окружающей этот объем. Их подраздеаьзот на массовые и поверхностные. 17 Ч. 1. Гидравлика Массовые (объемные) силы, действующие на все частицы рассматриваемого объема, пропорциональны массе жидкого тела (для однородных жидкостей — его объему) и проявляются как силы тяжести и инерции. Массовые силы — силы, создаваемые полем, в котором находится жидкость. К ним, в частности, относятся сила инериии, равная произведению массы материальной точки и соответствующего ускорения и направленная в сторону„противоположную ускорению, н сила тяжести — равнодействующая силы тяготения тела к Земле и центробежной силы инерции, обусловленной вращением Земли.
Поверхностные силы связаны с непосредственным воздействием на частицы жидкости частиц соседних объемов жидкости или же других тел (твердых или газообразных), соприкасающихся с жидкостью. Эти силы непрерывно распределены по поверхности выделенного объема жидкости и при равномерном их распределении пропорциональны площади этой поверхности и приложены к поверхности выделенного объема жидкости.
Внешние силы характеризуются плотностью распределения по поверхности выделенного объема, при этом исключается их зависимость от массы тела (лля массовых сил) и площади его поверхности (для поверхностных сил). Если на элементарный объем ЛИ' жидкости, имеющий элементарную массу Лт = рЛИ' (р — плотность жидкости), действует элементарная сила тяжести Лб,то плотность распределения массовых сил в точке, в которую стягивается элементарный объем, г1 = 1пп . Вектор и, представл орЛИ ляющий собой силу, приходящуюся на единицу массы жидкости, называют единичной массовой силой, которая равна модулю соответствующего ускорения в данной точке рассматриваемого объема жидкости и противоположно направлена этому ускорению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
