Шпаргалка по "Технологии"

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО ГИДРАВЛИКЕ

1. Исторический очерк

Гидравлика - наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и применение этих законов на практике. Гидравлика делится на 2 раздела:

-Гидростатика - изучает законы равновесия жидкостей

-Гидродинамика – изучает законы движения жидкостей.

Наиболее важными областями применения законов  и различных методах гидравлики являются гидротехника и мелиорация, водоснабжение и канализация. Гидравлика тесно связана со следующими дисциплинами: физика, математика, гидротехнические сооружения, с/х водоснабжение, с/х мелиорации.

2. Краткие сведения об основных этапах развития гидравлики.

Гидравлика как наука зародилась в 250 г. до н.э., когда Архимедом был открыт первый во времени закон гидравлики о давлении жидкости на погруженное в нее тело. В 14 в. Итальянский ученый Л.Да Винчи написал второй труд в истории гидравлики о движении и измерении воды. Дальнейшее развитие гидравлика как наука получила в 17-18 вв. в результате исследований французского ученого Паскаля, английского ученого Ньютона, членов петербургской академии наук Эйлера, Бернулли, Ломоносова. Большой вклад в развитие гидравлики внесли такие ученые как Рейнольдс, Пуазейль, Менделеев, Вейсбах, Шези, Дарси, Базен, Павловский, Агроскин.

3. Физические характеристики и свойства жидкости.

Жидкость  - это физическое тело, которое обладает текучестью и принимает форм у сосуда, в котором она находится.

К основным свойствам жидкости относятся: плотность, удельный вес, динамическая и кинематическая вязкость, плотность сжимаемость, капиллярность и кавитация.

Плотность - масса единицы объема:  = M / W

Удельный вес - вес единицы объема жидкости :

 = G / W;

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой.

Динамическая вязкость - характеризует силу внутреннего трения, возникающую на единице площади поверхности слоев жидкости. [Па  с]

Кинематическая вязкость - отношение динамической вязкости к плотности жидкости:  = в /  [м2 / с]

Кавитация - образование в капельной жидкости пузырьков газа или пара. Происходит при падении давления в жидкости ниже давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Понижение давления происходит при высоких местных скоростях в потоке жидкости или при прохождении интенсивной акустической волны.

Капиллярность – способность жидкости подниматься или опускаться в трубах малого диаметра  под действием сил поверхностного натяжения.

Сжимаемость – свойства жидкости уменьшать свой объем под влиянием внешних сил, действующих на жидкость.

4. Силы, действующие на покоящуюся жидкость 0

1. внешние силы – атмосферное давление, давление поршня.

2. силы тяжести или собственный вес жидкости.

3.внутренние силы - силы взаимодействия между частицами, силы гидростатического давления.

В гидростатике в основном рассматривают давление внутри жидкости и дают расчетные формулы для определения этого давления.

5. Гидростатическое давление

Гидростатическое давление - предел отношения нормальной сжимающей силы к элементарной площадке, на которой действует эта сила, при стремлении этой площадки к нулю: .

6.Свойства гидростатического давления:

1.     Гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали к площадке действия

2.     Величина гидростатического давления не зависит от ориентировки площадки действия, т.е. оно одинаково во всех направлениях.

3.     Гидростатическое давление в данной точке зависит только от координат точек внутри жидкости и от плотности жидкости.

           7. Основное уравнение гидростатики, энергетический и геометрический смысл

Z1+P1/=Z2+P2/ - основное уравнение гидростатики.

Энергетический смысл: р/ - удельная (отнесенная к единице веса) потенциальная энергия давления, z - удельная потенциальная энергия положения.

Геометрический смысл: p/ + z = Н - гидростатический напор, тогда: p/  - пьезометрический напор и z - напор положения.

9.Поверхность равного давления.

Поверхность равного давления – это поверхность, все точки которой испытывают одинаковое давление.

Свойства:

1.Равнодействующая сил действующих в жидкости перпендикулярна к поверхности равного давления.

2.Поверхности равного давления не могут пересекаться между собой, потому что они параллельны.

Свободная поверхность – это поверхность жидкости, граничащая с газовой средой.

Виды:1. Если из массовых сил в жидкости, находящейся в состоянии покоя  действует только сила тяжести, свободная поверхность горизонтальна.

2. Если из массовых сил действует сила тяжести и сила инерции поступательного движения, то свободная поверхность представляет собой наклонную плоскость.

3. Если из массовых сил действует сила тяжести и центробежная сила инерции, то свободная поверхность представляет собой параболоид вращения.

10. Абсолютное и манометрическое давление, вакуум.

Полное давление - сумма внешнего поверхностного и весового давлений: p = p0 +   h, где весовое давление - произведение удельного веса жидкости на расстояние от точки до свободной поверхности.

Манометрическое (избыточное) давление – это избыток абсолютного давления над атмосферным.  Рм=  h

Вакуум – это недостаток абсолютного давления до атмосферного. Рв=Ра-Р

11. Приборы для измерения давления

По назначению и пределам измерения:

-Барометры для измерения атмосферного давления;

-Манометры для измерения избыточного давления;

-Вакуумметры для измерения вакуумметрического давления или разряжения;

По принципу действия:

-Жидкостные (пьезометры – измеряют гидростатическое давление в жидкости непосредственно высотой столба этой же жидкости),

-Механические,

-Электрические,

-Комбинированные.

12. Графическое изображение давления.

Гидростатическое давление может быть представлено в виде эпюры давления.

Эпюра давления – график распределения гидростатического давления по длине контура или стенки.

Для того, чтобы построить эпюру давления необходимо определить гидростатическое давление в характерных точках.

14. Равновесие жидкости в сообщающихся сосудах.

При одинаковых давлениях на свободной поверхности высоты двух разнородных жидкостей над плоскостью раздела обратно пропорциональны их удельным весам.

Закон Паскаля: Любое изменение давления в покоящейся жидкости передается одинаково во все точки занятого ню пространства.

16. Гидравлические машины. (гидравлический пресс).

Гидравлический пресс – это машина, которая используется для получения больших усилий при прессовании, штамповке, испытании материалов и т.д.

17. Определение силы давления на произвольно ориентированные плоские поверхности.

Каждая точка на наклонной поверхности испытывает разное давление.  Р=Ро+hцт.

Сила давления на произвольно-ориентированную плоскую стенку равна произведению площади стенки на давление, испытываемое ее центром тяжести.

18. Центр давления и его местонахождение

Центр давления - точка пересечения, равнодействующая сил давления с поверхностью, воспринимающей это давление.

Lg=lцт.+J0/lцт.

20.Сила давление жидкости на криволинейную поверхность

Криволинейная поверхность – это секторные, сегментные и вальцевые затворы, стенки водонапорных башен, криволинейные участки сопрягающих плотин.

Р=Рх2+Рy2+Рz2

Тело давления – это тело ограниченное криволинейной поверхностью, ее проекцией на свободную поверхность и вертикальными проектирующими плоскостями.

22. Закон Архимеда, плавание тел

Закон Архимеда: на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила равная по величине и обратная по направлению весу вытесненной жидкости.

Плавучесть тела – способность тела плавать при заданной нагрузке.

Если вес тела больше архимедовой силы, то тело тонет.

Если вес тела равен архимедовой силе, то тело плавает в погруженном состоянии.

Если вес тела меньше архимедовой силе, то тело всплывает до тех пор, пока при уменьшении погруженного объема архимедова сила не уменьшится до величины веса тела.      G=P=W

Плавание: подводное (полное погружение тела в жидкость) и надводное(частичное погружение).

23. Водоизмещение, центр тяжести и водоизмещение.

Объем водоизмещения – объем жидкости, вытесненной телом.

Водоизмещение – вес жидкости, вытесненной телом.

Центр тяжести – центр тяжести объемного водоизмещения, через который проходит линия действия архимедовой силы.

Центр водоизмещения – центр тяжести объемного водоизмещения, через который проходит линия действия архимедовой силы.

Остойчивость – это способность плавающего тела, выведенного из равновесия, возвращаться в исходное положение после прекращения действия сил, вызвавших наклон.

Положение тела остойчиво, если метацентрический радиус превышает расстояние между центром тяжести и центром водоизмещения.

24. Основная задача гидродинамики.

Основная задача гидродинамики – это определение скорости гидродинамического давления, их взаимосвязи и сопротивление движению жидкости.

Неустановившееся движение – это такой вид движения, при котором в каждой данной точке скорость и гидродинамическое давление изменяются с течением времени (движение паводковых вод). Установившееся движение – это такой вид движения, при котором в каждой данной точке скорость и гидродинамическое давление не изменяется с течением времени, но они могут быть различны для различных точек (истечение из резервуаров при постоянной отметке свободной поверхности). Равномерное движение – это такой вид установившегося движения, при котором скорость, форма и площадь живого сечения потока не изменяются по его длине (движение воды в канале). Неравномерное движение – это такой вид установившегося движения, при котором скорость, форма, гидродинамическое давление и площадь живого сечения потока изменяются по  длине потока (движение воды в горных реках). Плавно-изменяющееся движение – эта такой вид движения, при котором линии тока имеют малую кривизну, поперечное сечение плоское и давление в нем распределяется по закону гидростатики.  Напорное движение – это такой вид движения, при котором движение происходит под напором, когда поток окружен со всех сторон поверхностями твердых тел. Безнапорное движение – это движения , которое происходит только под действием силы тяжести и поток имеет свободную поверхность с атмосферным давлением.

25. Основные понятия, связанные со струйчатым движением жидкости.

Траектория – это путь последовательно проходимый данной частицей жидкости в различные моменты времени. 

Линия тока - линия, касательная к каждой точке которой в данный момент времени совпадает с направлением вектора скорости. Элементарная струйка – это часть жидкости, ограниченная линиями тока. Вихревая линия - линия, касательная во всех точках к векторам угловой скорости частиц. Свойства элементарной струйки:1. Форма и площадь поперечного сечения элементарной струйки не изменяется с течением времени.2. Перетекание жидкости через боковые поверхности элементарной струйки невозможно. 3. Во всех точках поперечного сечения элементарной струйки скорости одинаковы.

26. Поток жидкости

Поток жидкости - конечный движущийся объем жидкости, состоящий из бесконечно большого числа элементарных струек.

Элементы потока:

1.     живое сечение  - это поперечное сечение потока перпендикулярное всем линиям тока его пересекающим.

2.     смоченный периметр  - линия соприкосновения жидкости в данном живом сечении.

3.     расход Q - объем жидкости, проходящий через живое сечение в единицу времени;

4.     средняя скорость – это воображаемая фиктивная скорость потока одинаковая для всех точек данного живого сечения, с которой через данное живое сечение проходил бы расход, равный фактическому.

5.     гидравлический радиус - отношение площади живого сечения к площади смоченного периметра:

      R =  / ;

27. Уравнение неразрывности движения для элементарной струйки и потока жидкости

         u1=2u2=3u3=Q=const.- для элементарной струйки

           1=22=33=Q=const – для потока.

28. Уравнение Бернулли для элементарной струйки

Так как: , то для идеальной жидкости, рассматривая два сечения получаем: .

Все члены уравнения Бернулли имеют линейную размерность.

29. Энергетический и геометрический смысл уравнения Бернулли для потока жидкости

Энергетический смысл: - удельная энергия давления, а z - удельная энергия положения, то - удельная кинетическая энергия.  z+p/ - удельная потенциальная энергия

Геометрический смысл: - пьезометрический напор или высота, а z – геометрическая высота или напор, то - скоростной напор или высота,  - коэффициент неравномерности движения.