Гидравлика

(греч. Hydraulikós — водяной, от hydor — вода и aulos — трубка) наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. В отличие от гидромеханики (См. Гидромеханика), Г. 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. Наряду с этим намечается всё большее сближение между гидромеханикой и Г. С одной стороны, гидромеханика всё чаще обращается к эксперименту, с другой — методы гидравлического анализа становятся более строгими. Г. Изучает капельные жидкости, считая их обычно несжимаемыми.

Однако выводы Г. Применимы и к газам в тех случаях, когда давление в них, а вместе с тем и плотность, почти постоянны. Течения газов с большими скоростями исследуются в газовой динамике (См. Газовая динамика). Рассматривая главным образом т. Н. Внутреннюю задачу, т. Е. Движение жидкости в твёрдых границах, Г. Почти не касается вопроса о распределении силового воздействия на поверхность обтекаемых тел, которому уделяется много внимания в аэродинамике (См. Аэродинамика), Г. Обычно подразделяется на две части. Теоретические основы Г., где излагаются важнейшие положения учения о равновесии и движении жидкостей, и практическую Г., применяющую эти положения к решению частных вопросов инженерной практики. Основные разделы практической Г.

Течение по трубам (Г. Трубопроводов), течение в каналах и реках (Г. Открытых русел), истечение жидкости из отверстия и через Водосливы, движение в пористых средах (фильтрация), взаимодействие потока и твёрдого преграждения (Г. Сооружений). Во всех указанных разделах движение жидкости рассматривается как установившееся, так и неустановившееся (нестационарное). Изучая равновесие жидкостей, Г. Исследует общие законы гидростатики (См. Гидростатика), а также частные вопросы. Давление жидкости на стенки различных сосудов, труб, на плотины, быки и устои мостов и пр., давление на погруженные в жидкость тела (см. Архимеда закон), условия равновесия плавающих тел (см. Плавание тел). Рассматривая движения жидкости, Г. Пользуется основными уравнениями гидродинамики (См.

Гидродинамика), при этом главнейшими соотношениями являются. Уравнение Бернулли для реальной жидкости (см. Бернулли уравнение), определяющее общую связь между давлением, высотой, скоростью течения жидкости и потерями напора, и уравнение неразрывности (см. Неразрывности уравнение) в гидравлической форме. Г. Подробно рассматривает вопрос о гидравлических сопротивлениях, возникающих при различных режимах течения жидкости (см. Ламинарное течение, Турбулентное течение), а также условия перехода из одного режима в другой (см. Рейнольдса число). Г. Трубопроводов указывает способы определения размеров труб, необходимых для пропуска заданного расхода жидкости при заданных условиях и для решения ряда вопросов, возникающих при проектировании и строительстве трубопроводов различного назначения (водопроводные сети, напорные трубопроводы гидроэлектростанций, нефтепроводы и пр.).

Здесь же рассматривается вопрос о распределении скоростей в трубах, что имеет большое значение для расчётов теплопередачи (См. Теплопередача), устройств пневматического и гидравлического транспорта, при измерении расходов и т. Д. Теория неустановившегося движения в трубах исследует явление гидравлического удара (См. Гидравлический удар). Г. Открытых русел изучает течение воды в каналах и реках. Здесь даются способы определения глубины воды в каналах при заданном расходе и уклоне дна, широко применяемые при проектировании судоходных, оросительных, осушительных и гидроэнергетических каналов, канализационных труб, при выправительных работах (См. Выправительные работы) на реках и пр. Г. Открытых русел исследует также вопрос о распределении скоростей по сечению потока, что весьма существенно для гидрометрии, расчёта движения наносов и пр.

Теория неравномерного движения в открытых руслах даёт возможность определять кривые свободной поверхности воды. А теория неустановившегося движения важна при учёте явлений, связанных с маневрированием затворами плотин, суточным регулированием гидроэлектростанций, попуском воды из водохранилищ и пр. В разделах гидравлики, посвященных истечению жидкости из отверстий и через водосливы, приводятся расчётные зависимости для определения необходимых размеров отверстий в различных резервуарах, шлюзах, плотинах, водопропускных трубах и т. Д., а также для выявления скоростей истечения жидкостей и времени опорожнения резервуаров. 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.).

В Г. 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 Г. — неравномерное и неустановившееся движение в открытых руслах и трубах, течение с переменным расходом, фильтрация и др. — иногда объединяют под общим названием «инженерная Г.» или «Г. Сооружений». Т. О., круг вопросов, охватываемых Г., весьма обширен и законы Г. В той или иной мере находят применение практически во всех областях инженерной деятельности, а особенно в гидротехнике, мелиорации, водоснабжении, канализации, теплогазоснабжении, гидромеханизации, гидроэнергетике, водном транспорте и др.

Некоторые принципы гидростатики были установлены ещё Архимедом, возникновение гидродинамики также относится к античному периоду, однако формирование Г. Как науки начинается с середины 15 в., когда Леонардо да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу в Г. В 16—17 вв. 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 18 в. Д. Бернулли и Л. Эйлер разработали общие уравнения движения идеальной жидкости, послужившие основой для дальнейшего развития гидромеханики и Г. 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 18 в.

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 Г. Обогатилась значительным числом эмпирических формул. Создававшаяся т. О. Практическая Г. Всё более отдалялась от теоретической гидродинамики. Сближение между ними наметалось лишь к концу 19 в. 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 Г. Наибольшее значение имели работы о гидравлическом ударе и о движении грунтовых вод. В 20 в. Быстрый рост гидротехники, теплоэнергетики, гидромашиностроения, а также авиационной техники привёл к интенсивному развитию Г., которое характеризуется синтезом теоретических и экспериментальных методов. Большой вклад в развитие Г. Сделан сов. Учёными (работы Н. Н. Павловского, Л. С. Лейбензона, М. А. Великанова и др.). Практическое значение Г. 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 Г. 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 Г. 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 обобщенных закономерностей.

Г. Постепенно превращается в один из прикладных разделов общей науки о движении жидкостей — механики жидкости. Исследования в области Г. Координируются Международной ассоциацией гидравлических исследований (МАГИ). Её орган — «Journal of the International Association for Hydraulic Research» (Delft, с 1937). Периодические издания в области Г. Журналы»Гидротехническое строительство» (с 1930) и «Гидротехника и мелиорация» (с 1949), «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). Лит. Идельчик И. Е., Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М. — Л., 1960. Киселев П, Г., Справочник по гидравлическим расчетам, 3 изд., М. — Л., 1961. Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика М., 1965. Альтшуль А. Д., Киселев П. Г., Гидравлика и аэродинамика, М., 1965. Чугаев Р. Р., Гидравлика, М. — Л., 1970. Rouse Н., Howe J., Basic mechanics of fluids, N. Y. — L., 1953. King H. W., Brater E. F., Handbook of hydraulics, 5 ed., N. Y., 1963. Levin L., L'hydrodynamique et ses applications, P., 1963. Еск В, Technische Strömungslehre. 7 Aufl., B., 1966. А. Д. Альтшуль..