- •А. П. Стариков
- •Гидрогазодинамика Омск 2007
- •1. Введение
- •1.1. Определение и задачи гидрогазадинамики
- •1.2. Исторический обзор развития механики жидкости
- •1.3. Объект изучения гидрогазодинамики
- •1.4. Основные физические свойства жидкостей и газов
- •1.7. Особые состояния жидкости (аэрация, кипение, кавитация)
- •1.5. Силы, действующие в жидкости
- •1.6. Идеальная жидкость
- •2. Гидростатика
- •2.1. Гидростатическое давление и его свойства
- •2.2. Дифференциальные уравнения Эйлера и их интегралы. Основное уравнение гидростатики
- •2.2.1. Равновесие жидкости в поле силы тяжести и силы инерции
- •2.2.2. Равновесие жидкости в поле силы тяжести в сосуде, равномерно вращающемся вокруг своей вертикальной оси
- •2.3. Определение сил давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности
- •2.4. Закон Архимеда
- •3. Основы кинематики и динамики жидкости
- •3.1. Методы описания движения жидкостей
- •3.2. Понятие о струйчатой модели потока
- •3.3. Дифференциальные уравнения Эйлера для движения идеальной жидкости
- •3.4. Уравнение Бернулли для потока реальной (вязкой) жидкости
- •3.5. Гидравлические сопротивления, их физическая природа и классификация (общие сведения)
- •4. Режимы течения жидкостей в трубах и основы теории подобия
- •4.1. Режимы течения жидкостей в трубах. Опыты Рейнольдса. Понятие о критическом числе Рейнольдса
- •4.2. Понятие о гидродинамическом подобии
- •5. Ламинарное движение жидкости
- •5.1. Потери на трение при равномерном движении
- •5.2. Поле скоростей и потери напора при ламинарном режиме движения жидкости
- •5. Турбулентное движение жидкости
- •5.1. Природа потерь при турбулентном движении
- •5.2. Поле скоростей при турбулентном движении. Структура турбулентного потока в цилиндрической трубе
- •5.3. Потери на трение в трубопроводах. Опыты Никурадзе. График вти
- •5.4. Формулы для расчета коэффициента
- •6. Местные гидравлические сопротивления
- •6.1. Коэффициент местного сопротивления. Понятие об эквивалентной длине
- •6.2. Внезапное и плавное расширение потока
- •6.3. Внезапное и плавное сужение потока
- •6.4. Поворот потока
- •7. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •7.1. Истечение через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре
- •7.2. Истечение через малое отверстие под уровень
- •7.3. Истечение через цилиндрический насадок
- •7.4. Истечение при переменном напоре (Определение времени опорожнения резервуаров)
- •8. Гидравлический расчет трубопроводов
- •8.1. Классификация трубопроводов. Формулы, применяемые при расчете трубопроводов
- •8.2. Гидравлический расчет коротких трубопроводов
- •8.3. Последовательное соединение коротких трубопроводов
- •8.4. Параллельное соединение коротких трубопроводов
- •8.5. Расчет разветвленных трубопроводов (задача о трех резервуарах)
- •8.6. Расчет трубопроводов с равномерным распределением расхода по длине
- •Капустин Александр Михайлович,
- •Часть 1
- •Редактор н. А. Майорова
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
1. Введение
1.1. Определение и задачи гидрогазадинамики
В теоретической механике есть раздел – механика сплошных сред, а часть его, относящаяся к жидким и газообразным средам, называется – механикой жидкости и газа или, по существующей терминологии, гидромеханикой.
Развитие воздухоплавания и авиации вызвало особый интерес к вопросам силового взаимодействия воздуха с движущимися в нем телами, так появился специальный раздел – аэромеханика. Углубление знаний в области движения сжимаемых жидкостей (газов) привело к возникновению газовой динамики, а применение ее основных результатов к авиации и ракетной технике положило основание к созданию новой дисциплины – аэродинамики больших скоростей.
Существует неразрывная связь всех этих областей. настоящий курс носит широкое обобщающее наименование гидрогазодинамика (ггд).
И так, Ггд – наука о законах движения жидкости и газа и методах применения этих законов для решения практических задач.
Знание механики жидкости необходимо для решения многих технических вопросов, в частности теплогазоснабжения и вентиляции.
На пример:
расчет воздухопроводов, водопроводов, газопроводов, паропроводов (движение воды по тепловой сети и по внутренним системам отопления, циркуляция воды и пара в котле и пароперегревателях, движение газов в тракте котла, дымовой трубе, вентиляции и т. д.);
– проектирование котельных агрегатов, печных и сушильных установок, воздухо- и газоочистных аппаратов, теплообменных аппаратов, расчет отопительных и вентиляционных устройств, конструирование гидравлических и воздуходувных машин (насосы, компрессоры, вентиляторы и пр.).
1.2. Исторический обзор развития механики жидкости
Механика жидкости в своем историческом развитии прошла длинный путь.
Впервые некоторые принципы гидростатики были установлены Архимедом 250 лет до нашей эры в трактате «О плавающих телах», где сформулированы методы определения состава сплава в воде по плотности его составляющих, был сформулирован закон Архимеда. В это же время был построен винт Архимеда для поднятия воды на 4 метра. Впоследствии труды Архимеда были развиты в XVI-XVII веках Стевиным (Нидерланды), Галилеем (Италия), Паскалем (Франция).
В XV веке Леонардо да Винчи (Италия) положил начало экспериментальной гидравлике (науки о законах движения и равновесия капельных жидкостей), исследовав некоторые вопросы движения воды в каналах, через отверстия и водосливы.
В XVII веке Ньютон (Англия) высказал основные положения о внутреннем трении в движущихся жидкостях.
В XVIII веке Бернулли и Эйлер разработали общие уравнения движения идеальной жидкости, положив начало теоретической гидростатике. Однако применение этих уравнений к практическим задачам чаще приводило к неудовлетворительным результатам. В связи с этим ученые и инженеры Шези, Дарси, Базен (Франция), Вейсбах и др., начиная с конца XVIII века изучив движение воды опытным путем, получили значительное число эмпирических формул, положив начало практической гидромеханики (науки о движении жидкостей).
Экспериментальные исследования законов внутреннего трения в жидкостях при ламинарном движении, проведенные Н. П. Петровым, и при турбулентном движении, проведенные Рейнольдсем (Англия), позволили глубже проникнуть в природу гидравлических сопротивлений.
В XIX-XX веках работы Н. Е. Жуковского (Россия), Прандля (ФРГ) в области турбулентных потоков, аэродинамики крылового профиля С. А. Чаплыгина по теории сжимаемых сред (газов) получили широкое применение в практической гидрогазодинамике.
В XX веке бурный рост гидротехники, теплоэнергетики, гидромашиностроения, авиационной техники привело к развитию технической гидрогазодинамики или механики жидкости и газа, основанной на синтезе теоретических и экспериментальных методов исследования.