Гидромеханика

Открытый канал с постоянной глубиной. Открытая гидравлика работает с однородными и неравномерными потоками.

Иллюстрация гидравлики и гидростатики.

В отличие от гидромеханики, гидравлика характеризуется особым подходом к изучению явлений течения жидкостей: она устанавливает приближённые зависимости, ограничиваясь во многих случаях рассмотрением одноразмерного движения, широко используя при этом эксперимент, как в лабораторных, так и в натурных условиях.

ИсторияПравить

Некоторые принципы гидростатики были установлены ещё Архимедом, возникновение гидродинамики также относится к античному периоду, однако формирование гидравлики как науки начинается с середины XV века, когда Леонардо да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу в гидравлике. В XVI—XVII веках С. Стевин, Г. Галилей и Б. Паскаль разработали основы гидростатики как науки, а Э. Торричелли дал известную формулу для скорости жидкости, вытекающей из отверстия.

В дальнейшем И. Ньютон высказал основные положения о внутреннем трении в жидкостях. В XVIII веке Д. Бернулли и Л. Эйлер разработали общие уравнения движения идеальной жидкости, послужившие основой для дальнейшего развития гидромеханики и гидравлики.

Однако применение этих уравнений (так же как и предложенных несколько позже уравнений движения вязкой жидкости) для решения практических задач привело к удовлетворительным результатам лишь в немногих случаях, в связи с этим с конца XVIII века многие учёные и инженеры (А. Шези, А. Дарси, А. Базен, Ю. Вейсбах и др.) опытным путём изучали движение воды в различных частных случаях, в результате чего наука обогатилась значительным числом эмпирических формул. Практическая гидравлика всё более отдалялась от теоретической гидродинамики. Сближение между ними наметилось лишь к концу XIX века в результате формирования новых взглядов на движение жидкости, основанных на исследовании структуры потока.

Особо заслуживают упоминания работы О. Рейнольдса, позволившие глубже проникнуть в сложный процесс течения реальной жидкости и в физическую природу гидравлических сопротивлений и положившие начало учению о турбулентном движении. Впоследствии это учение, благодаря исследованиям Л. Прандтля и Т. Кармана, завершилось созданием полуэмпирических теорий турбулентности, получивших широкое практическое применение.

К этому же периоду относятся исследования Н. Е. Жуковского, из которых для гидравлики наибольшее значение имели работы о гидравлическом ударе и о движении грунтовых вод.

В XX веке быстрый рост гидротехники, теплоэнергетики, гидромашиностроения, а также авиационной техники привёл к интенсивному развитию гидравлики, которое характеризуется синтезом теоретических и экспериментальных методов. Большой вклад в развитие науки сделали советские учёные — Н. Н. Павловский, Л. С. Лейбензон, М. А. Великанова и др.

Практическое значение гидравлики возросло в связи с потребностями современной техники в решении вопросов транспортирования жидкостей и газов различного назначения и использования их для разнообразных целей. Если ранее в гидравлике изучалась лишь одна жидкость — вода, то в современных условиях всё большее внимание уделяется изучению закономерностей движения вязких жидкостей (нефти и её продуктов), газов, неоднородных и т. н. неньютоновских жидкостей. Меняются и методы исследования и решения гидравлических задач. Сравнительно недавно в гидравлике основное место отводилось чисто эмпирическим зависимостям, справедливым только для воды и часто лишь в узких пределах изменения скоростей, температур, геометрических параметров потока; теперь всё большее значение приобретают закономерности общего порядка, действительные для всех жидкостей, отвечающие требованиям теории подобия и пр. При этом отдельные случаи могут рассматриваться как следствие обобщённых закономерностей. Постепенно гидравлика превращается в один из прикладных разделов общей науки о движении жидкостей — механики жидкости.

Предмет изученияПравить

Гидравлика, как прикладная наука, применяется для решения различных инженерных задач в области:

• водоснабжения и водоотведения (канализации);
• транспортировка веществ по трубопроводу: газ, нефть и т. п.;
• строительства различных гидротехнических сооружений, водозаборных сооружений;
• конструирования различных устройств, машин, механизмов:
• медицины.

Основные направленияПравить

Гидравлика обычно подразделяется на две части:

Основные разделы практической гидравлики:

• гидравлика трубопроводов — течение по трубам;
• гидравлика открытых русел (динамика русловых потоков) — течение в каналах и реках;
• истечение жидкости из отверстия и через водосливы;
• гидравлическая теория фильтрации даёт методы расчёта дебита и скорости течения воды в различных условиях безнапорного и напорного потоков (фильтрация воды через плотины, фильтрация нефти, газа и воды в пластовых условиях, фильтрация из каналов, приток к грунтовым колодцам и пр.) ;
• гидравлика сооружений — поток и твёрдого преграждения.

Во всех указанных разделах движение жидкости рассматривается как установившееся, так и неустановившееся (нестационарное).

Основные разделы теоретической гидравлики:

Прикладное значениеПравить

Гидравлика широко использует теоретические положения механики и данные экспериментов. В прошлом гидравлика носила чисто экспериментальный и прикладной характер, в последнее время её теоретические основы получили значительное развитие, это способствовало сближению её с гидромеханикой.
Гидравлика решает многочисленные инженерные задачи, рассматривает многие вопросы гидрологии, в частности, законы движения речных потоков, перемещения ими наносов, льда и шуги, процессы формирования русла и т. д. Этот комплекс вопросов объединяется речной гидравликой (динамикой русловых потоков), которую можно рассматривать как самостоятельный раздел гидравлики.

По отношению к гидромеханике гидравлика выступает как инженерное направление, получающее решение многих задач о движении жидкости на основе сочетания эмпирических зависимостей, установленных опытным путём, с теоретическими выводами гидромеханики.

В гидравлике рассматриваются также движение наносов в открытых потоках и пульпы в трубах, методы гидравлических измерений, моделирование гидравлических явлений и некоторые др. вопросы. Существенно важные для расчёта гидротехнических сооружений вопросы гидравлики — неравномерное и неустановившееся движение в открытых руслах и трубах, течение с переменным расходом, фильтрация и др. — иногда объединяют под общим названием «инженерная гидравлика», или «гидравлика сооружений».

Таким образом, круг вопросов, охватываемых гидравликой, весьма обширен, и её законы в той или иной мере находят применение почти во всех областях инженерной деятельности, особенно в гидротехнике, мелиорации, водоснабжении, канализации, теплогазоснабжении, гидромеханизации, гидроэнергетике, водном транспорте и др.

Известные учёные-гидравлики и гидротехникиПравить

Исследования в области гидравлики координируются Международной ассоциацией гидравлических исследований (МАГИ). Её орган — «Journal of the International Association for Hydraulic Research» (Delft, с. 1937).

Развитие гидравлики связано с именами учёных:

• NEZU Iehisa (1995), Suirigaku, Ryutai-rikigaku, Asakura Shoten, с. 17, ISBN 978-4-254-26135-6
• Гидравлика. Статья в Физической энциклопедии. Дата обращения: 5 июля 2012. Архивировано 14 марта 2012 года.
• Гидравлика — статья из Большой советской энциклопедии.

ЛитератураПравить

• Журнал «Гидротехническое строительство» (с 1930);
• Журнал «Гидротехника и мелиорация» (с 1949);
• Журнал «Известия Всесоюзного научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева» (с 1931);
• «Труды координационных совещаний по гидротехнике» (с 1961),
• Сборники «Гидравлика и гидротехника» (с 1961);
• «Houille Blanche» (Grenoble, с 1946);
• «Journal of the Hydraulics Division. American Society of Civil Engineers» (N. Y., с 1956);
• «L’energia elettrica» (Mil., с 1924).

СсылкиПравить

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 июля 2021 года; проверки требует 1 правка.

Гидромеха́ника — прикладной раздел механики сплошных сред, изучающий движение жидкости, условия её равновесия и взаимодействия с разнообразными твёрдыми телами, поверхностями или препятствиями, которые смачиваются или омываются ею.

Общие сведенияПравить

Гидромеханика изучает законы равновесия и движения жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и твёрдыми телами. При проведении исследований используются различные предположения, упрощения и экспериментальные данные, причем, оперируя определенными усреднёнными величинами, как правило, пытаются оценивать только принципиальные параметры явления; в результате получают возможность решать с помощью относительно простых приближенных эмпирических методов относительно сложные практические задачи механики жидкостей.

Другое название — механика жидкостей.

Кроме того, в область изучения гидромеханики как науки входит взаимодействие между жидкостью и телами, погружёнными в жидкость полностью либо частично, а также движущимися в жидкости.

В механике водонасыщенных горных пород гидромеханика — научное направление, изучающее основы механики водонасыщенных горных пород по проблемам гидрогеологии и инженерной геологии. Базируется на теории механики грунтов и геофильтрации.

Исторический очеркПравить

• Андрижиевский А. А. Механика жидкости и газа. — Минск : Вышэйшая школа, 2014. — ББК 22.253я 73. — УДК . — ISBN 978-985-06-2509-0.
• Вышинский В. В. Краевые задачи вычислительной аэрогидромеханики: учеб. пособие для вузов. МинОбрНауки РФ, МФТИ (ГУ). В 2 ч.

Гидроло́гия (греч. ; от др.-греч.  «вода» +  «слово, учение») — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, протекающие в водах (испарение, замерзание и т. п.).

Гидрология изучает все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенные и подземные воды.

Чем занимаетсяПравить

• исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий
• проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом
• даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках.

РазделыПравить

Некоторые данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

• Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Гидрология. — 3. — Высшая школа, 2008. — 463 с. — ISBN 978-5-06-005815-4.
• Пашков Н. Н., Долгачев Ф. М. Гидравлика. Основы гидрологии.. — М,: Энергия, 1977. — 408 с.
• Соколов А. А., Чеботарев А. И. Очерки развития гидрологии в СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 312 с.
• Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Гидрометеоиздат, 1978. — 312 с. (1964)
• Виноградов Ю. Б. Думы о Гидрологии // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 4. С. 555-589.