Задача 1-1,6.

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Гидравлика»

для студентов

строительных специальностей

очной формы обучения

(технология 30/70)

Преподаватель: доцент Калинин А.В.

УДК 532.5

Курс лекций по дисциплине «Гидравлика» для студентов строительных специальностей очной формы обучения (технология 30/70) / Составитель Калинин А.В., Лушкин И.А. – Тольятти: ТГУ, 2007.

Рассмотрены основные законы покоя и движения жидкостей и газов, гидравлические сопротивления, основы моделирования гидромеханических явлений. Приведены практические задачи и примеры их решения. Представлены вопросы для самостоятельной подготовки.

Ил. 116; табл. 22; библиогр.: 10 наим.

Составители: Калинин А.В., Лушкин И.А.

Научный редактор: Вдовин Ю.И.

© Тольяттинский государственный университет, 2007

Оглавление

Оглавление. 3

Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста «Строительство». 5

Лекция 1. Введение в предмет «Гидравлика». Основные свойства жидкостей и газов. 6

1.1. Предмет гидравлики. 8

1.2. История предмета. 8

1.3. Капельные и некапельные жидкости. 9

1.4. Силы, действующие в жидкости. 9

1.5. Давление и его свойства. 10

1.6. Основные физические свойства жидкостей. 12

1.7. Вязкость. Идеальная жидкость. 15

Лекция 2. Основы гидростатики, динамики и кинематики жидкости. 17

2.1. Тема 1. Равновесие жидкости. 17

2.1.1. Дифференциальное уравнение равновесия жидкости. Поверхность равного давления. 20

2.1.2. Основное уравнение гидростатики. 21

2.1.3. Закон Паскаля. 23

2.1.4. Абсолютное, манометрическое и вакуумметрическое давление. 23

2.1.5. Сила давления на плоские и криволинейные поверхности. 24

2.1.6. Относительный покой жидкости. 29

2.1.7. Закон Архимеда. 30

2.1.8. Основное уравнение гидростатики для сжимаемой жидкости. 31

2.1.9. Изотермическая атмосфера. 32

2.1.10. Неизотермическая атмосфера. 32

2.2. Тема 2. Основы кинематики и динамики жидкости и газа. 34

2.2.1. Основные понятия кинематики жидкости. 37

2.2.2. Уравнение неразрывности. 39

2.2.3. Виды движения жидкости. 40

2.2.4. Интегральная формула количества движения. 41

2.2.5. Дифференциальное уравнение движения невязкой жидкости (уравнение Эйлера) 42

2.2.6. Общее уравнение энергии в интегральной форме (Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости) 43

2.2.7. Три формы представления уравнения Бернулли для потока реальной жидкости. 45

2.2.9. Особенности турбулентного и ламинарного течения жидкости. Число Рейнольдса. 47

2.2.10. Уравнение Бернулли для элементарной струйки невязкой сжимаемой жидкости. 49

2.2.11. Уравнение Бернулли для потока вязкой сжимаемой жидкости. 50

Лекция 3. Основы моделирования гидромеханических процессов. 52

3.1. Основы моделирования. 53

3.2. Виды подобия. Масштабы моделирования. 54

3.3. Критерии подобия. 55

3.4. Конечно-разностная форма уравнения Навье-Стокса. 56

3.5. Общая схема применения численных методов и их реализация на ЭВМ... 58

3.6. Измерительные приборы, используемые при проведении экспериментальных работ. 60

Лекция 4. Гидравлические сопротивления. 65

4.1. Виды гидравлических сопротивлений. 69

4.2 Сопротивление по длине при движении в цилиндрической трубе при ламинарном течении. 70

4.3. Формула Дарси-Вейсбаха. 73

4.4. Турбулентное движение в гидравлически гладких и шероховатых трубах. 73

4.5. Движение жидкости в трубах некруглого сечения. 76

4.6. Местные гидравлические сопротивления. 76

4.7. Зависимость коэффициентов местных сопротивлений от числа Рейнольдса. Эквивалентная длина. 80

4.8. Кавитация. 81

4.9. Истечение жидкостей из отверстия в тонкой стенке. 81

4.10. Зависимость коэффициентов истечения от числа Рейнольдса. 83

4.11. Истечение из насадков. 83

4.12. Виды насадков. 84

4.13. Истечение при переменном напоре и под уровень жидкости. 85

Лекция 5. Практическое применение законов гидравлики. 87

5.1. Расчет короткого трубопровода. 89

5.2. Расчет длинных трубопроводов. 92

5.2.1. Понятие о простом и сложном напорных трубопроводах. 92

5.2.2. Расчет трубопроводов, соединенных последовательно и параллельно. 93

5.2.3. Гидравлический удар. 95

5.2.4. Гидравлический таран. 96

Рекомендуемая литература. 99

Требования к обязательному минимуму
содержания основной образовательной
программы по направлению подготовки
дипломированного специалиста
«Строительство»

ОПД.ФС 2.02 – ГИДРАВЛИКА

(90 часов)

Вводные сведения, основные физические свойства жидкостей и газов, основы кинематики, общие законы и управления статики и динамики жидкостей и газов, силы, действующие в жидкостях, абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред, модель идеальной (невязкой) жидкости, общая интегральная форма уравнения количества движения и момента количества движения, подобие гидромеханических процессов, общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах, турбулентность и ее основные статистические характеристики, конечно-разностные формы уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса, общая схема применения численных методов и их реализация на ЭВМ, одномерные потоки жидкостей и газов.

Содержание курса лекций «Гидравлика»

Лекция 1.
Введение в предмет «Гидравлика».
Основные свойства жидкостей и газов

Основные понятия: предмет гидравлики; гидромеханическое понятие жидкости; капельные и некапельные жидкости; силы, действующие в жидкости; давление и его свойства; основные физические свойства жидкостей и газов; идеальная жидкость.

Вопросы, на которые необходимо найти ответ в ходе изучения темы:

1. Что является объектом изучения в дисциплине «Гидравлика»?
2. Гидравлика, как научная дисциплина.
3. Жидкость – что это?
4. В чем состоит отличие жидкостей от твердых тел и газов?
5. Что в гидравлике является «сплошной средой»?
6. Какими свойствами обладает изотропная жидкость?
7. Какие дисциплины являются базовыми для изучения законов гидравлики?
8. Почему изучение законов движения жидкости считается более сложным, чем изучение законов движения твердых тел?
9. Почему в гидравлике придается большое значение экспериментальным исследованиям?
10. В каких дисциплинах используются знания, полученные в гидравлике?
11. Какой вклад в понимание законов движения жидкости внесли следующие ученые: Архимед, Леонардо да Винчи, Ньютон, Эйлер, Бернулли, Дарси, Шези, Вейсбах, Прандтль, Жуковский?
12. Чем капельные жидкости отличаются от некапельных?
13. При каких условиях капельные жидкости становятся некапельными?
14. Какие силы называются массовыми, а какие поверхностными? Почему?
15. От чего зависит величина силы тяжести, силы давления, силы инерции, силы трения?
16. Что называют напряжениями и почему они возникают в жидкости?
17. Какие бывают напряжения в жидкости, в чем их отличие?
18. Как можно измерить давление в точке, находящейся в жидкости?
19. Какими свойствами обладает давление в жидкости? Как это доказать?
20. Как изменение давления dp записать в дифференциальной форме?
21. Как изменение давления dp записать в векторной форме?
22. Как записать вектор перемещения от одной точки к другой?
23. Что называют вектором градиента давления?
24. Какие свойства имеет вектор градиента давления? Как это доказать?
25. Какие существуют единицы давления? Каково их соотношение?
26. Перечислите основные физические свойства жидкостей.
27. Что называют плотностью? Какова связь между плотностью жидкости и удельным весом?
28. Что называют коэффициентом объемного сжатия жидкости, модулем упругости?
29. От чего зависит коэффициент температурного расширения?
30. Как определить плотность жидкости, если ее температура изменилась?
31. Что называется вязкостью жидкости?
32. Чем вязкие жидкости отличаются от невязких?
33. Как вязкость влияет на величину силы трения в жидкости?
34. В чем суть гипотезы Ньютона?
35. Что называют градиентом скорости?
36. Как влияет изменение температуры на вязкость жидкостей и газов? Почему?
37. Что показывает эпюра скорости?
38. Какая существует связь между динамической и кинематической вязкостью?
39. Какие существуют единицы измерения вязкости?
40. Как можно определить вязкость жидкости?
41. Что называют текучестью жидкости?
42. Что понимают под идеальной жидкостью?
43. Как определить градусы Энглера?
44. Почему возникает поверхностное натяжение в жидкости?
45. От чего зависит поверхностное натяжение? Почему?
46. Как определить силу поверхностного натяжения?
47. Что показывает краевой угол? От чего зависит его величина?
48. Когда необходимо учитывать величину поверхностного натяжения? Почему?
49. Что влияет на пенообразование в жидкости?
50. От чего зависит способность жидкости растворять газы?
51. Как определить объем газа, который может раствориться в жидкости или выделиться из нее при изменении давления?
52. Что называют давлением насыщенного пара?
53. Что влияет на изменение агрегатного состояния жидкости?
54. Что называют кипением жидкости?
55. Для чего необходимо знать давление насыщенного пара?
56. Что понимают под идеальным газом?
57. Как зависит вязкость газов от температуры и давления? Почему?
58. В чем суть уравнения состояния идеального газа?

Практические задачи, решение которых может быть найдено после изучения теоретического материала:

Задача 1-1,6.

Резервуар объемом V₁ = ___м³ наполнен водой. При увеличении давления на свободной поверхности на величину Dр = 2·10⁶ Па, объем воды уменьшился. Определить объем при увеличении давления.