Методика решения задач в гидравлике

Предмет гидравлики и ее место в технике

ВВЕДЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ 1

Ч. I. ГИДРАВЛИКА

(конспект лекций)

2009г.

Гидравлика или механика жидкости и газа – наука, изучающая законы движения жидкостей и газов при их взаимодействии с обтекаемыми твердыми телами и поверхностями, ограничивающими движущуюся среду, а также при их взаимодействии друг с другом. В отличие от твердых тел, в которых молекулярные силы сцепления весьма велики, жидкости, в особенности газы, обладают слабыми межмолекулярными связями. Это свойство их физической природы проявляется в легкоподвижности или текучести – способности изменять форму, а в общем случае и объем, под действием внешних и внутренних сил. Легкоподвижность жидкостей и газов обеспечивает их использование в технике в качестве рабочих тел различных тепловых и гидравлических двигателей, агрегатов, систем охлаждения и смазки, а также систем управления и регулирования. Столь широкое использование жидкостей и газов в технике обусловлено их способностью к непрерывному переносу энергии, количества движения, массы и других характеристик материальных сред. Все процессы, протекающие во времени и пространстве, каким – либо образом связаны с явлениями переноса.

Методика решения задач в гидравлике заключается в следующем. Выделяется (мысленно) некоторый объем жидкости, который называется контрольным объемом. Все, что окружает контрольный объем (окружающая среда), отбрасывается. Чтобы движение жидкости в контрольном объеме не изменилось, действие окружающей среды на выделенный объем заменяется соответствующими силами, которые и определяют движение жидкости. Для контрольного объема записываются уравнения законов сохранения: закона сохранения массы, закона количества движения (второго закона Ньютона), закона сохранения и превращения энергии. К уравнениям законов сохранения должны быть добавлены уравнения и зависимости, определяющие свойства жидкости и термодинамический процесс течения. Полученная система уравнений должна быть совместной – число уравнений должно быть равно числу неизвестных. Поскольку уравнения законов сохранения имеют всеобщий характер для заданной жидкости, то конкретность задачи определяется заданием начальных и граничных условий. Граничными условиями являются форма и расположение границ контрольного объема, а также параметры жидкости на границах выделенного объема. Под начальными условиями понимают значения параметров жидкости во всех точках контрольного объема в начальный момент времени.

Полученная система уравнений и вспомогательных зависимостей вместе с начальными и граничными условиями должна быть решена каким-либо методом – теоретическим, численным, экспериментальным. В современной гидравлике, из-за сложностей решения уравнений, исследуемое течение реальной жидкости сначала упрощают (моделируют), затем упрощенное (модельное) течение рассчитывают. Полученные результаты сравнивают с опытом, выявляют степень расхождения, уточняют и исправляют теоретические выводы и формулы для приспособления их к практическому использованию. Целый ряд явлений, крайне трудно поддающихся теоретическому анализу из-за сложности, исследуют экспериментальным путем, а результаты представляют в виде эмпирических формул. В настоящее время в связи с развитием численных методов расчета, доля теоретического метода гидромеханики несколько снизилась. Но важность экспериментального метода сегодня заключается в том, что опыт служит как для первичного изучения явления, так и для создания адекватных расчетных схем, причем одним из важнейших объектов эксперимента является определение полей скоростей и давлений.

Рассмотренная методика изучения движения жидкости позволяет сформировать этапы изучения (освоения) дисциплины «Гидравлика»:

1-й этап – это знакомство с основными свойствами жидкостей и газов. Данный этап необходим для вывода уравнений законов сохранения. Действительно, для того, чтобы описать поведение какого-то объекта необходимо знать свойства этого объекта.

2-м этапом является, естественно, вывод уравнений законов сохранения для рассматриваемого объекта – жидкости.

3-й этап – упрощения и допущения, используемые при решении уравнений МЖГ.

4-й – решение задач гидравлики.

Дата добавления: 2014-01-11