Полная версия

Главная arrow Товароведение arrow Гидравлика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Предисловие

Знание законов гидравлики является одним из необходимых условий интенсивного развития промышленности и повышения ее эффективности, связанной с разработкой новых технологий, снижением материальных и энергетических затрат на производство продукции, повышением ее качества и обеспечением экологической безопасности.

Научной базой этой дисциплины являются основные законы природы, такие как первый закон термодинамики, законы сохранения массы и количества движения (импульса). В ней используются важнейшие теоретические положения физики, термодинамики, химии, математики и других дисциплин.

"Гидравлика" – это учебная дисциплина, которая входит в базовую (общепрофессиональную) часть профессионального цикла Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (ФГОС ВО) для бакалавров. В совокупности с другими дисциплинами базовой части профессионального цикла ФГОС ВО дисциплина "Гидравлика" обеспечивает инструментарий формирования профессиональных компетенций бакалавра.

В результате изучения дисциплины "Гидравлика" бакалавр должен:

знать

  • • основные физико-механические свойства жидкостей;
  • • законы гидростатики и гидродинамики;
  • • приборы и методы измерения давления;
  • • простые гидравлические машины;
  • • методы определения расхода жидкости;
  • • дифференциальные уравнения неразрывности, Эйлера и Навье – Стокса;
  • • уравнение Бернулли;
  • • теорию гидродинамического подобия;
  • • основы математического моделирования гидромеханических процессов;
  • • режимы течения жидкостей (ламинарный и турбулентный);
  • • классификацию гидравлических потерь (линейные потери напора и потери напора в местных сопротивлениях);
  • • закономерности истечения жидкости через отверстия, насадки и водосливы;
  • • основные теоретические положения по разработке компьютерных моделей сложных многокольцевых разветвленных трубопроводных систем;

уметь

  • • выполнять математические расчеты гидравлических процессов и устройств;
  • • составлять математические и компьютерные модели гидродинамических процессов и устройств;
  • • проводить гидравлический расчет трубопроводов;
  • • применять знания аналитических и численных методов к решению конкретных задач гидромеханики;
  • • использовать компьютерные модели для проектирования трубопроводных систем;
  • • выполнять гидравлические расчеты трубопроводов по определению потерь напора;
  • • использовать на практике приборы и методы определения скоростей, давлений и расходов движущихся жидкостей;

владеть

  • • навыками применения основных законов гидравлики к решению конкретных прикладных задач;
  • • методами измерения параметров гидродинамических процессов;
  • • навыками применения современных средств измерения параметров движущихся жидкостей;
  • • навыками использования методов подобия и математического моделирования в гидромеханике;
  • • навыками работы на современных средствах вычислительной техники.

Изучение дисциплины "Гидравлика" базируется на знаниях, полученных студентами в ходе изучения термодинамики, теплотехники, математики, теоретической механики и других дисциплин.

Материалы данного издания могут быть использованы при изучении дисциплин "Промышленная теплоэнергетика", "Тепловые электрические станции", "Паровые и газовые турбины", "Энергетика теплотехнологий", "Автоматизация теплоэнергетических процессов", "Водоподготовка", "Гидравлика и гидравлические машины", "Механика жидкости и газа" и др. в высших и средних учебных заведениях России и стран СНГ.

В учебнике использовались труды таких известных ученых в области гидравлики, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, И. Ньютон, Л. Навье, Д. Г. Стокс, II. Е . Жуковский, О. Рейнольдс, Л. Прандтль, Т. Карман, Г. Шлихтинг, Л. Г. Лойцянский, И. И. Агроскин, Н. П. Петров, И. А. Парный, Е. Я. Соколов, Е. 3. Рабинович, Б . С. Петухов, А. В. Лыков, П. В. Цой, А. Д. Альтшуль, Р. Р. Чугаев, А. И. Богомолов, И. Л. Повх, С. В. Избаш, Н. Е. Кочин, Т. М. Башта, В. С. Яблонский.

Книга состоит из девяти глав.

В первой главе представлен краткий исторический обзор развития гидравлики (включая современные тенденции), дано определение науки гидромеханики, рассмотрены единицы измерения физических величин, применяемых в гидравлике.

Во второй главе приведены основные физико-механические свойства жидкостей, дается определение вязкости, анализ ее зависимости от температуры и давления, приведены устройства для ее измерения. Рассмотрен закон Ньютона для касательного напряжения в движущейся жидкости и выполнен его анализ.

В третьей главе рассмотрены основные положения гидростатики, дано определение гидростатического давления, выводятся дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера для гидростатики). Приведены сведения о методах и приборах для измерения давления, дается вывод формул расчета сил давления на поверхности различной формы, рассмотрены простые гидравлические машины (гидравлический пресс и гидравлический аккумулятор), дается вывод закона Архимеда, а также рассмотрены условия плавучести и остойчивости тел, частично погруженных в жидкость.

В четвертой главе книги приведены основные положения гидродинамики и, в частности, рассмотрены два метода исследования движущейся жидкости (Л. Эйлера и Ж. Л. Лагранжа), даны определения траекторий частиц и линий тока, приведено обоснование струйчатой модели движения жидкости, представлены формулы для расчета средней скорости и расхода жидкости. Рассмотрены основные положения кинематики жидкости. Дается вывод дифференциальных уравнений движения идеальной (невязкой) жидкости (уравнений Эйлера для гидродинамики), дифференциальных уравнений движения реальной (вязкой) жидкости (уравнений

Навье – Стокса), уравнения неразрывности в переменных Эйлера, уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной и реальной жидкости, а также для потока реальной жидкости. Приведены примеры практического применения уравнения Бернулли, и в частности даны основные положения, связанные с измерением расхода жидкости с помощью трубки Вентури, сопла и диафрагмы.

В пятой главе рассмотрены основные понятия и определения теории гидродинамического подобия и математического моделирования процессов гидродинамики. Сформулированы теоремы теории подобия, выведены критерии подобия и объяснен их физический смысл, рассмотрен метод анализа размерностей. Приведены примеры решения конкретных задач гидромеханики, описываемых гиперболическими (волновыми) уравнениями, и в частности задач о гидравлическом ударе в трубопроводе, о разгонном течении жидкости с учетом ее релаксационных свойств, даны результаты получения аналитического решения краевой задачи о формировании динамического пограничного слоя.

В шестой главе рассмотрены режимы течения жидкости (ламинарный и турбулентный) и дана классификация гидравлических потерь. Дается вывод основного уравнения равномерного потока, рассмотрены основные положения гидродинамической теории смазки, приводится анализ структуры турбулентного потока, рассмотрены полуэмпирические теории турбулентности, приведены экспериментальные графики И. Никурадзе и А. П. Зегжда для определения коэффициента гидравлического сопротивления (коэффициента трения), даны основные формулы определения линейных потерь напора и потерь напора в местных сопротивлениях.

В седьмой главе приведены методы гидравлического расчета трубопроводов, и в частности представлен гидравлический расчет простого и сложного трубопроводов, способы построения гидравлических характеристик трубопроводов, дан гидроэнергетический баланс насосной установки, рассмотрены гидравлический удар и кавитация в трубах.

В восьмой главе даны основные расчетные формулы истечения жидкости через отверстия, насадки и водосливы. В частности, приведены формулы расчета истечения через малое отверстие в тонкой стенке, большое отверстие, затопленное отверстие, истечения жидкости при переменном напоре, истечения через насадки (цилиндрические, конические, коноидальные). Приведен гидравлический расчет открытых русел, а также выведены соотношения для расчета взаимодействия потока и твердого тела. Дана классификация водосливов и приведен их гидравлический расчет.

В девятой главе представлены теоретические положения расчета кольцевых разветвленных гидравлических сетей с помощью компьютерных моделей. Определены основные задачи гидравлического расчета, даны основные расчетные зависимости для определения потерь давления, даны принципы построения пьезометрических графиков, приведена кривая экономии мощности при использовании насоса с регулируемым приводом в зависимости от расхода через него. Рассмотрены конкретные примеры применения компьютерных моделей для мониторинга тепловых сетей больших городов, проектирования новых участков теплосетей, анализа циркуляционных систем тепловых электрических станций (ТЭС), а также для анализа движения товаров на рынках и создания рынка тепловой энергии.

После каждой главы приводятся примеры с решениями, а также задачи для самостоятельной работы студентов.

Настоящий учебник предназначен для студентов вузов и колледжей, обучающихся по техническим и технологическим направлениям, а также специалистов, работающих в области механики жидкости и газа, гидравлики и гидравлических машин.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>