Основи гідравліки (стр. 1 из 19)
Міністерство аграрної політики України
Державний агроекологічний університет
Факультет механізації сільського господарства
Кафедра загальнотехнічних дисциплін
ГІДРАВЛІКА
Конспект лекцій
Житомир 2004
УДК 514.18:681.3.067(075.8)
Розглянуто кафедрою
загально технічних дисциплін,
протокол № _ від ________ р.
і методичною комісією факультету
механізації сільського господарства,
протокол № _ від ________ р.
Рецензенти:
Кучеров С.Ф., Кухарець С.М. Гідравліка. Конспект лекцій. – Житомир: Державний агроекологічний університет, 2004. – 116с.:іл.
Конспект лекцій висвітлює основні питання курсу “Гідравліка”. Призначений для студентів факультету механізації. Особливо корисним буде для самостійної підготовки студентів заочної форми навчання.
ã Державний агроекологічний університет, 2004 р.
ЗМІСТ
ВСТУП
1 Рідини і їх фізико-механічні властивості
1.1 Рідина
1.2 Основні властивості краплинних рідин
1.2.1 Густина
1.2.2 Питома вага однорідної рідини
1.2.3 Стисливість
1.2.4 Пружність рідини
1.2.5 Температурне розширення
1.2.6 В’язкість
1.2.7 Ідеальна рідина
1.2.8 Сили, що діють в рідині
2 Гідростатика
2.1 Гідростатичний тиск і його властивості
2.2 Диференціальні рівняння рівноваги рідини
2.3 Основне рівняння гідростатики
2.4 Закон Паскаля
2.5 Сила тиску рідини на плоску стінку. Центр тиску
2.6 Сила тиску рідини на криволінійні поверхні
3 Основи кінематики і динаміки рідини
3.1 Основні поняття і визначення
3.2 Рівняння нерозривності для усталеного руху рідини
3.3 Рівняння Бернуллі при усталеному русі ідеальної рідини
3.4 Рівняння Бернуллі для елементарної струминки і потоку в’язкої рідини
3.5 Гідравлічні опори і втрати енергії (напору) при русі рідини
3.6 Режими руху рідини. Критерій Рейнольдса
3.7 Визначення втрат енергії при ламінарному режимі течії рідини в трубі круглого поперечного перерізу
3.8 Турбулентний режим і визначення втрат енергії потоку в трубах круглого поперечного перерізу
3.8.1 Деякі відомості про структуру турбулентного потоку
3.8.2 Поняття про гідравлічно гладкі і шорсткі труби
3.8.3 Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя при турбулентному режимі
3.8.4 Місцеві гідравлічні опори
4 Витікання рідини через отвори і насадки при сталому напорі
4.1 Витікання через малі отвори в газове середовище
4.2 Витікання рідини через малі затоплені отвори
4.3 Витікання рідини через насадки
5 Гідравлічний удар в трубах
6 Гідравлічний розрахунок напірних трубопроводів
6.1 Класифікація трубопроводів
6.2 Розрахунок простих трубопроводів
6.2.1 Розрахункові рівняння
6.2.2 Характеристика трубопроводу. Потрібний напір
6.3 З’єднання трубопроводів
6.3.1 Послідовне з’єднання
6.3.2 Паралельне з’єднання
6.3.3 Розгалужений трубопровід
7 Водопостачання
7.1 Джерела водопостачання
7.2 Системи водопостачання
7.3 Водозабірні споруди
7.3.1 Споруди для забирання поверхневих вод
7.3.2 Споруди для забирання підземних вод
7.4 Фільтрація
7.4.1 Фільтрація ґрунтових вод
7.4.2 Приплив води до дренажних колодязів
7.5 Водоочисні споруди
7.6 Водопровідна мережа
7.7 Режим водоспоживання і визначення розрахункових об’єкмів водоспоживання
7.8 Основи розрахунку водопровідної мережі і її елементів
8 Каналізація
8.1 Загальні відомості
8.2 Склад стічних вод
8.3 Методи очищення стічних вод
8.4 Основні відомості з розрахунку каналізаційних мереж
9 Гідромашини
9.1 Відцентрові, лопатеві
9.1.1 Принцип дії лопатевого насоса
9.1.2 Основні технічні і експлуатаційні показники відцентрових насосів
9.1.3 Насосна установка і її характеристика
9.1.4 Робота насоса на мережу
9.1.5 Послідовна і паралельна робота насосів на мережу
9.2 Об’ємні гідромашини
9.2.1 Загальні зауваження
9.2.2 Основні параметри, що оцінюють роботу об’ємних гідромашин
9.2.3 Поршневі насоси, силові і моментні гідроциліндри
ВСТУП
Гідравліка – прикладна наука, яка вивчає закони рівноваги і механічного руху рідини і розробляє на основі теорії і експерименту способи використання цих законів для розв’язання різних задач інженерної практики.
Слово “гідравліка” походить від сполучення двох грецьких слів – hydor (вода) і aulos (труба) – і означає течію води по трубах.
Зміст сучасної гідравліки незрівнянно ширший. Питання, що вивчаються в гідравліці, охоплюють рух води не тільки в трубах, але і у відкритих руслах (каналах, річках ), в різних гідротехнічних спорудах і системах, а також рух інших рідин (нафта, масла, розчини) в трубопроводах і гідромашинах. На підставі цього сучасну гідравліку розглядають як одну з галузей механіки – механіку рідини.
Математичний апарат гідравліки спирається на такі науки, як математика, фізика, теоретична механіка. В свою чергу, вона є базовою дисципліною при вивченні курсів: гідроприводи, насосні, вентиляційні установки, гідромашини, водопостачання, каналізація та інші.
Гідравліку поділяють на дві частини: гідростатику і гідродинаміку, причому остання містить у собі і кінематику рідині. Гідростатика вивчає закони рівноваги рідин і їх силову дію на тверді стінки, що обмежують об’єми рідин; гідродинаміка – закони руху рідин і їх взаємодію з твердими стінками або тілами, які знаходяться в потоці рідини.
1 Рідини і їх фізико-механічні властивості
1.1 Рідина
Рідиною називають неперервне (суцільне) фізичне середовище, яке володіє властивістю текучості і майже повною відсутністю опору на розрив.
Текучість рідини обумовлена неспроможністю її сприймати дотичні напруження в стані спокою, через що вона не має власної форми, а приймає форму тієї посудини, в якій знаходиться.
Розрізняють рідини краплинні і газоподібні. Перші – майже нестисливі (вода, масла, спирт ), другі – легкостисливі ( повітря і інші гази ). Характерною відмінністю цих рідин є також наявність у крапельних і відсутність у газоподібних вільної поверхні – поверхні поділу між рідиною і газоподібним середовищем.
Гідравліка, як правило, розглядає тільки краплинні рідини, але в тих випадках, коли можна нехтувати стисливістю газів, цілком допустимо використовувати і до газів закони і залежності гідравліки.
1.2 Основні властивості краплинних рідин
1.2.1 Густина. Для однорідної рідини густина
 . | (1.1) |
1.2.2 Питома вага однорідної рідини
 . | (1.2) |
Зв’язок між густиною і питомою вагою дається формулою
 . | (1.3) |
В наведених формулах m-маса рідини; V-об’єм рідини; G-вага рідини в об’ємі V; g=9,81м/с2-прискорення вільного падіння.
1.2.3 Стисливість
Стисливість - це властивість рідини змінювати свій об’єм під дією тиску. Стисливість рідини характеризують коефіцієнтом об’ємного стиснення.
 , | (1.4) |
де V0-початковий об’єм рідини; V1-обєм рідини після збільшення тиску на DР; DV=V1-V0 зміна об’єму рідини.
1.2.4 Пружність рідини
Характеристикою пружних властивостей рідини є модуль об’ємної пружності Ер - величина, обернена коефіцієнту об’ємного стиснення:
 . | (1.5) |
Так, наприклад, для води bр=48,510-11м/Н2 і, відповідно, модуль пружності Е=2,1·109Па Модуль пружності мінеральних масел, які використовують в системах гідроприводу, при температурі t=200С дорівнює (1,35...1,75)·103 Мпа.
1.2.5 Температурне розширення
Властивість рідини змінювати свій об’єм в залежності від зміни температури оцінюють коефіцієнтом об’ємного розширенняbt
 , | (1.6) |
де V0-початковий об’єм рідини; V1-об’єм рідини після збільшення температури на DT градусів.
Для води при різних тисках і температурах bt=0,00014...0,00066; для нафтопродуктів bt=0,0006...0,0008.
1.2.6 В’язкість
В’язкість (внутрішнє тертя) – це здатність рідини чинити опір відносному зсуву своїх частинок під дією зовнішніх сил. Ця властивість протилежна текучості: більш в’язкі рідини (гліцерин, масла) менш текучі і навпаки (ефір, спирт). При шаруватій течії рідини між окремими її шарами, що рухаються з різними швидкостями (рис 1.1), виникають дотичні напруження, які за гіпотезою Ньютона пропорційні швидкості відносного зсуву du шарів:
 | (1.7) |
В формулі (1.7), яку отримав у 1883р. проф. Н.П.Петров, m-коеф. пропорційності, що має назву динамічного коеф. в’язкості (або просто динамічна в’язкість); du-приріст швидкості, який відповідає приросту координати dn;
-градієнт швидкості по нормалі n до напрямку руху.