Гидравлика (стр. 2 )

Не предусмотрено.

1.5. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ

ОБЕСЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.5.1. Основная литература

1.5.1.1. .Чугаев, : Учебник/ . - 5-е изд. - М.: ООО "БАСТЕТ", 20с.
1.5.1.1. Лапшев, : Учебник/ . - М.: Издательский центр "Академия", 20с.
5.1.2. Кудинов, : Учебное пособие для вузов/ , .-М.: Высшая школа, 2008
1.5.1.4. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: Учебное пособие/ , , ; Под ред. . - 3-е изд. - М.: Издательский центр "Академия", 20с
1.5.1.5. Лупина, Т. А.. Гидравлический расчет напорных трубопроводов : учебное пособие / , . - М. : МИИТ, 20с.
1.5.1.6. Гидравлика и гидропневмопривод. Ч.1. Основы механики жидкости и газа: Учебное пособие/Под ред. . - 4-е изд. - М.: МГИУ, 20с.
1.5.1.7. Гидравлика и гидропневмопривод. Ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод: Учебник/Под ред. . - 3-е изд. - М.: МГИУ, 20с.
1.5.2. Дополнительная литература 1.5.2.1. Лупина, Т. А.. Гидравлический расчет напорных трубопроводов : учебное пособие / , . - М. : МИИТ, 20с.
1.5.2.2. Ухин, : Учебник/ . - М.: ИНФРА-М, 20с.
1.5.2.3. Примеры гидравлических расчетов: Учебное пособие/ Под ред. . - 3-е изд. - М.: Транспорт, 20с.
1.5.2.4. Сборник задач по машиностроительной гидравлике: Учеб. пособие для машиностроительных вузов/ , , и др.; Под ред. , . - 5-е изд. - М.: Изд-во МГТУ им. , 20с.

1.6.СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

1. Лабораторные установки по гидравлике.

2. Комплекс программ по гидравлическим расчетам систем водоснабжения.

3. Видеофильмы на тему Движение жидкости в открытых руслах.

4. Ознакомление с действующими сооружениями систем водоснабжения.

Учебно-материальное обеспечение

1. Наглядные пособия:

а) Плакаты;

б) Тематические материалы.

2. Технические средства обучения (по решению преподавателя):

а) ЭВМ с проектором для демонстрации на экран;

б) Видеотехника для демонстрации фильмов по гидравлике;

в) Тематические материалы.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

Жидкостью называется физическое тело, обладающее легкой подвижностью частиц, то есть текучестью. Жидкости с точки зрения физико-механических свойств разделяются на два класса - капельные жидкости (или малосжимаемые) и газы (или сжимаемые жидкости). В гидравлике изучаются капельные жидкости. Многие законы гидравлики, полученные для капельной жидкости, справедливы и для газов, когда допустимо считать газ малосжимаемым. Жидкость рассматривается в гидравлике обычно как сплошная (непрерывная), однородная и изотропная среда, обладающая одинаковыми свойствами во всех точках и по всем направлениям.

Основными физическими свойствами жидкости, базируясь на которых в гидравлике устанавливаются общие законы ее равновесия и движения, являются: 1) текучесть, 2) весомость (плотность), 3) изменяемость объема и 4) вязкость.

Текучесть – неспособность жидкости сопротивляться сколько угодно малым касательным напряжениям при статическом приложении нагрузки.

Весомость характеризуется удельным весом g (Н/м3), т. е. весом G единицы объема жидкости:

,

а также плотностью r (кг/м3) - отношением массы жидкости M к ее объему W:

.

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением

,

где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

Для пресной воды при температуре T = 2770 К r = 1000 кг/м3, g = 9810 Н/м3.

Изменяемость объема при изменении давления и при изменении температуры.

Изменяемость объема жидкости при изменении давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия bw (1/МПа) или модулем упругости при всестороннем сжатии E0 (МПа):

,

где DW – приращение объема жидкости при изменении давления на Dp.

Для воды E0 = 2,1×103 Мпа.

Изменяемость объема жидкости при изменении температуры характеризуется коэффициентом температурного расширения bt, равным изменению относительного объема жидкости при изменении ее температуры T на 1К:

.

Вязкость жидкости – это ее способность сопротивляться сдвигу.

Она характеризуется динамическим m (Н×с/м2) и кинематическим n (м2/с) коэффициентами вязкости, которые связаны соотношением

.

С увеличением температуры жидкости ее вязкость уменьшается. Для воды при температуре T = 293 К n » 10-6 м2/c.

2. ГИДРОСТАТИКА

Гидростатическим давлением p в точке (или сокращенно гидростатическим давлением) называется предел отношения силы давления жидкости DP к площади поверхности DF, на которую оно действует

.

Гидростатическое давление в точке покоящейся жидкости обладает двумя основными свойствами:

гидростатическое давление всегда нормально к поверхности (площадке), на которую оно действует, и направлено по нормали к ней внутрь объема жидкости (рис. 2.1);

гидростатическое давление в данной точке жидкости одинаково по всем направлениям (рис. 2.2).

Уравнение, выражающее гидростатическое давление в любой точке жидкости, когда на нее действует только сила тяжести, называется основным уравнением гидростатики:

.

Здесь: p0 – внешнее давление на свободной поверхности жидкости;

h - глубина, на которой находится рассматриваемая точка.

Из основного уравнения гидростатики следует, что внешнее давление p0 одинаково действует во всех точках внутри жидкости (закон Паскаля).

На законе Паскаля о передаче внешнего давления в жидкости основано действие гидростатических машин (гидравлических домкратов, прессов и др.). На рис. 2.3 изображена принципиальная схема гидростатической машины (например, домкрата). С помощью малого поршня площадью F1 , давящего с силой P1, в жидкости создается гидростатическое давление

.

Рис.2.3.

Это давление передается с одинаковой силой всем точкам жидкости, в том числе и расположенным под большим поршнем площадью F2.

Сила, действующая со стороны жидкости на большой поршень, будет равна (без учета потерь на трение поршней о стенки цилиндров):

. (2 – 6)

Из полученного выражения видно, что, прилагая к жидкости сравнительно небольшую силу P1, можно получить на большом поршне весьма значительное усилие P2 (см приложене 1).

Избыточным (или манометрическим) давлением называется разность между полным (абсолютным) и атмосферным (барометрическим) давлением (рис. 2.4):

.

Если полное давление p меньше атмосферного pат, избыточное давление будет отрицательным. Отрицательное избыточное давление называется вакуумом (вакуумметрическим давлением, разрежением):

.

Когда давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному po = pат (открытый резервуар, водоем), избыточное давление будет равно:

.

Сила давления жидкости P на площадь конечных размеров F называется суммарным давлением жидкости.

Величина суммарного давления жидкости на плоскую поверхность выражается равенством:

,

где: ho – глубина погружения центра тяжести поверхности;

F - площадь поверхности.

Если давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному (рис. 2.5), избыточное суммарное давление жидкости на плоскую поверхность будет равно

.

Точка приложения силы суммарного давления жидкости к поверхности, на которую она действует, называется центром давления (ЦД).

Для прямоугольного щита с размерами a´b, с нижним краем, находящимся на глубине H, и наклоненного под углом a к горизонту глубина погружения центра давления

.

Когда высота щита h равна глубине H

.

При определения суммарного давления на криволинейную поверхность (рис.2.6) сначала находят отдельно величины и линии действия, составляющих силы суммарного давления по координатным осям (горизонтальной и вертикальной составляющих).

Затем, складывая векторы этих сил, определяют искомую силу и точку ее приложения к поверхности (центр давления).

Горизонтальная составляющая суммарного давления жидкости на криволинейную цилиндрическую поверхность равна суммарному давлению жидкости на вертикальную проекцию этой поверхности:

Здесь: Fв – площадь, а h0 - глубина погружения центра тяжести вертикальной проекции рассматриваемой криволинейной поверхности.

Вертикальная составляющая суммарного давления равна:

.

Объем W, ограниченный данной криволинейной поверхностью; вертикальными плоскостями, проходящими через крайние образующие данной цилиндрической поверхности; двумя вертикальными плоскостями, проходящими через ее крайние направляющие; горизонтальной плоскостью, совпадающей со свободной поверхностью жидкости, называется телом давления.

Т. о. вертикальная составляющая суммарного давления жидкости на цилиндрическую криволинейную поверхность равна весу жидкости в объеме тела давления. Она всегда направлена от жидкости поверхности.

Суммарное давление жидкости на криволинейную поверхность равно геометрической сумме векторов ее составляющих. Его величина

.

Точка приложения силы суммарного давления (центр давления) расположена на пересечении линии действия силы с криволинейной поверхностью.

Угол наклона b силы P к горизонту можно определить из соотношения

Рассмотрим несколько примеров задач гидростатики.

Пример 1

Определить величину суммарного гидростатического давления и положение центра

давления для плоской крышки AB. Построить эпюру давления.

Исходные данные:

высота крышки	a = 1,2 м;
ширина крышки	b = 1,0м;
угол наклона крышки	a = 60°;
высота	h1 = 0,6 м;
высота	h2 = 0,2 м.

Решение

1. Высота вертикальной проекции крышки

м;

2. Глубина погружения центра тяжести крышки

м;

3. Площадь крышки

м;

4. Величина суммарного гидростатического давления на крышку

м;

5. Глубина погружения центра давления

м.

Построение эпюры гидростатического давления на крышку и нахождение центра давления графическим способом показано на рисунке.

Пример 2

Сброс воды из водохранилища производится через туннель прямоугольного сечения размером b´h. Вход в туннель закрывается сегментным затвором, имеющим водоудерживающую обшивку в виде криволинейной цилиндрической поверхности AB с горизонтальными образующими. Радиус цилиндрической поверхности R. Ширина затвора - b. Глубина воды в водохранилище – H.