Основы гидравлики
Гидравлика - одна из древнейших технических наук. Еще за 250 лет до н.э. в древней Греции появились первые трактаты о механике жидкости, а закон Архимеда - действует и сегодня.
Невозможно представить себе современный мир без гидротехнических сооружений, таких как дамбы, нефтепроводы, газоводы, водопроводы, ГЭС и т.д. Техническая гидравлика как отдельное направление механики жидкости сформировалось приблизительно в 1850 г.
Гидравлика - наука, изучающая законы покоя и движения жидкостей и разрабатывающая методы применения этих законов в практических целях. Наиболее важной областью применения законов и методов расчета технической гидравлики являются гидротехника и мелиорация, водоснабжение и канализация, гидроэнергетика и водный транспорт. Без гидравлики практически невозможно было бы проектирование и строительство гидротехнических сооружений.
Понятие «гидравлика» происходит от сочетания греческих слов хюдор (вода) и аулос (труба), что означает учение о движении воды по трубам, сейчас, конечно, это означает намного больше. Гидравлика - довольно легкая наука, изучить и понять которую сможет инженер любого технического направления. Развитие технической гидравлики невозможно было бы без таких замечательных ученых как Архимед, Ньютон, Бернулли, Рейнольдс, Прантдаль, Ломоносов, Жуковский и многих других.
Функциональное назначение рабочих жидкостей
Основное назначение рабочей жидкости как рабочего тела (рабочей среды) в гидроприводе – передавать давление для перемещения исполнительного органа. Кроме того, рабочая жидкость выполняет и другие важные функции:
- используется для смазывания трущихся поверхностей деталей гидромашин и других гидроустройств, в результате чего между двумя поверхностями уменьшается сила трения и интенсивность их изнашивания;
- служит для отвода теплоты от нагретых поверхностей гидромашин и других гидроустройств;
- уносит продукты изнашивания и прочие частицы загрязнения;
- защищает внутренние поверхности полостей гидромашин и других гидроустройств от коррозии.
Плотность и удельный вес жидкости
Жидкость — непрерывная среда, обладающая свойством текучести, т. е. способная неограниченно изменять свою форму под действием сколь угодно малых cил, но в отличие от газа мало изменяющая свою плотность при изменении давления.
В аэромеханике применяют термин «капельная жидкость» с целью подчеркнуть отличие жидкости от газа; газ в этих случаях называют «сжимаемой жидкостью».
Жидкости бывают идеальные и реальные. Идеальные - невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью, а объёме под воздействием внешних сил. Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений.
Реальные жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими (бингамовскими). В ньютоновских жидкостях при движении одного слоя жидкости относительно другого величина касательного напряжения пропорциональна скорости сдвига. При относительном покое эти напряжения равны нулю. Такая закономерность была установлена Ньютоном в 1686 году, поэтому эти жидкости (вода, масло, бензин, керосин, глицерин и др.) называют ньютоновскими жидкостями. Неньютоновские жидкости не обладают большой подвижностью и отличаются от ньютоновских жидкостей наличием касательных напряжений (внутреннего трения) в состоянии покоя.
Основные свойства жидкостей: плотность, удельный вес,вязкость, сжимаемость и др.
Плотность ρ - масса жидкости в единице объема. Для однородной жидкости
ρ=m/V
где m - масса жидкости в объеме V. Единицы измерения ρ в системе СГС - г/см3, в системе МКГСС - кгс·с2/м4, а в системе СИ - кг/м3.
Удельный вес γ - вес жидкости в единице объема:
γ=G/V
где G - вес жидкости. Единицы измерения γ в системе СГС - дин/см3, в системе МКГСС - кгс/м3, а в системе СИ - Н/м3.
Удельный вес и плотность связаны между собой зависимостью γ=ρ·g, где g - ускорение свободного падения.
Рис. 1. Физическое тело - жидкость
Рис. 2. Капельная жидкость в различных емкостях
Рис.3. Емкость с реальной жидкостью (с индустриальным маслом)