|
1.1. Коротка історія розвитку гідравліки
Історично гідравліка є однією з найдавніших наук в світі. Археологічні дослідження показують, що ще за 5000 років до нашої ери в Китаї, а потім в інших країнах стародавнього світу знайдені опису пристрою різних гідравлічних споруд, представлені у вигляді малюнків (перше креслень). Природно, що ніяких розрахунків цих споруд не проводилося, і всі вони були побудовані на підставі практичних навичок і правил.
Перші вказівки про науковий підхід до вирішення гідравлічних задач  відносяться до 250 року до н.е., коли Архімедом був відкритий закон про рівновагу тіла, зануреного в рідину. Потім протягом 1500 років особливих змін гідравліка не отримувала. Наука в той час майже зовсім не розвивалася, утворився свого роду застій. І тільки в XVI-XVII століттях нашої ери в епоху Відродження, або як кажуть історики Ренесансу, з'явилися роботи Галілея, Леонардо да Вінчі, Паскаля, Ньютона, які поклали серйозна підстава для подальшого вдосконалення гідравліки як науки.
Однак тільки основоположні роботи академіків Петербурзької академії наук Данила Бернуллі і Леонарда Ейлера жили в XVIII столітті, створили міцний фундамент, на якому ґрунтується сучасна гідравліка. У XIX-XX століттях істотний внесок в гідродинаміку вніс "батько російської авіації" Микола Єгорович Жуковський.
Роль гідравліки в сучасному машинобудуванні важко переоцінити. Будь-який автомобіль, літальний апарат, морське судно не обходиться без застосування гідравлічних систем. Додамо сюди будівництво гребель, дамб, трубопроводів, каналів, водозливів. На виробництві просто не обійтися без гідравлічних пресів, здатних розвивати колосальні зусилля. А ось цікавий факт з історії будівництва Ейфелевої вежі. Перед тим як остаточно встановити багатотонну металоконструкцію вежі на бетонні підстави, їй надали суворе вертикальне положення за допомогою чотирьох гідравлічних пресів, встановлених під кожну опору.
Гідравліка переслідує людини всюди: на роботі, вдома, на дачі, в транспорті. Сама природа підказала людині пристрій гідравлічних систем. Серце - насос, печінку - фільтр, нирки - запобіжні клапани, кровоносні судини - трубопроводи, загальна довжина яких в людському організмі близько 100 000 км. Наше серце перекачує за добу 60 тонн крові (це ціла залізнична цистерна!).
Деякі принципи гідростатики були встановлені ще Архімедом, виникнення гідродинаміки також відноситься до античного періоду, проте формування Г. як науки починається з середини 15 ст. , Коли Леонардо да Вінчі лабораторними дослідами поклав початок експериментальному методу в Р. в 16-17 вв. С. Стевін, Г. Галілей і Б. Паскаль розробили основи гідростатики як науки, а Е. Торрічеллі дав відому формулу для швидкості рідини, яка витікає з отвору. Надалі І. Ньютон висловив основні положення про внутрішнє тертя в рідинах. У 18 ст. Д. Бернуллі і Л. Ейлерразработалі загальні рівняння руху ідеальної рідини, що послужили основою для подальшого розвитку гідромеханіки і Г. Проте застосування цих рівнянь (так само як і запропонованих дещо пізніше рівнянь руху в'язкої рідини) для вирішення практичних завдань призвело до задовільних результатів лише в небагатьох випадках, в зв'язку з цим з кінця 18 ст. багато вчених і інженери (А. Шезі, А. Дарсі, А. Базен, Ю. Вейсбах і ін.) дослідним шляхом вивчали рух води в різних окремих випадках, в результаті чого Г. збагатилася значним числом емпіричних формул. Створювалася т. О. практична Г. все більш віддалялася від теоретичної гідродинаміки. Зближення між ними намітилося лише до кінця 19 ст. в результаті формування нових поглядів на рух рідини, заснованих на дослідженні структури потоку. Особливо слід згадати роботи О. Рейнольдса, що дозволили глибше проникнути в складний процес перебігу реальної рідини і в фізичну природу гідравлічних опорів і поклали початок вченню про турбулентному русі. Згодом це вчення, завдяки дослідженням Л. Прандтля і Т. Кармана, завершилося створенням напівемпіричних теорій турбулентності, які отримали широке практичне застосування. До цього ж періоду відносяться дослідження Н. Є. Жуковського, з яких для Г. найбільше значення мали роботи про гідравлічному ударі і про рух грунтових вод. У 20 ст. швидке зростання гідротехніки, теплоенергетики, гідромашинобудування, а також авіаційної технікіпрівёл до інтенсивного розвитку Г., що характеризується синтезом теоретичних та експериментальних методів. Великий внесок у розвиток Г. зроблений сов. вченими (роботи Н. Н. Павловського, Л. С. Лейбензона, М. А. Великанова і ін.).
Практичне значення гідравліки зросла в зв'язку з потребами сучасної техніки у вирішенні питань транспортування рідин і газів різного призначення і використання їх для різноманітних цілей. Якщо раніше в Г. вивчалася лише одна рідина - вода, то в сучасних умовах все більша увага приділяється вивченню закономірностей руху в'язких рідин (нафти і її продуктів), газів, неоднорідних і т. Н. неньютоновскіх рідин. Змінюються і методи дослідження і рішення гідравлічних задач. Порівняно недавно в Г. основне місце відводилося чисто емпіричним залежностям, справедливим тільки для води і часто лише у вузьких межах зміни швидкостей, температур, геометричних параметрів потоку; тепер все більшого значення набувають закономірності загального порядку, дійсні для всіх рідин, що відповідають вимогам теорії подібності та ін. При цьому окремі випадки можуть розглядатися як наслідок узагальнених закономірностей. Г. поступово перетворюється в один з прикладних розділів загальної науки про рух рідин - механіки рідини.
Гідравліка - наука, що вивчає закони рівноваги і механічного руху рідини і розробляє методи застосування цих законів для вирішення завдань інженерної практики.
Гідравліка, як механіка рідини, підрозділяється на гідростатику, в якій вивчаються закони рівноваги рідини, кінематику рідини, що вивчає зв'язки між геометричними характеристиками руху і часом (швидкості і прискорення), і гідродинаміку, що вивчає рух з урахуванням діючих сил.
Слово "гідравліка" грецького походження - hydōr (вода) і aulos (труба), що означає - протягом води по трубах. В даний час питання, що вивчаються в гідравліці, охоплюють рух води не тільки по трубах, а й у відкритих руслах (каналах, річках), в різних водопровідних, водовідвідних (каналізаційних) і гідротехнічних спорудах, рух ґрунтових вод, а також рух інших рідин ( нафту, масла, різні розчини і т. п.) в трубопроводах і спорудах.
Гідравліка, розглядаючи закони рівноваги і руху рідини, спирається на такі науки, як вища математика, фізика, теоретична механіка і нарисна геометрія. У свою чергу, гідравліка служить базою для гідравлічних розрахунків в курсах "Насосні та повітродувні станції", "Гідрологія, гідрометрія і гідротехнічні споруди", "Водопостачання", "Водопостачання промислових підприємств", "Водовідведення та очистка стічних вод", "Водовідвідні системи промислових підприємств "," Санітарно-технічне обладнання будівель "," Автоматизація споруд водопостачання та водовідведення "," Опалення та вентиляція "," Експлуатація споруд водопостачання та водовідведення ", а також в курсовому і дипломному проектуванні.
Розвиток гідравліки як науки тісно пов'язане з використанням людиною такого елемента природи, як вода. Вода з давніх часів використовувалася не тільки для питного водопостачання, а й для зрошення полів і приведення в рух найпростіших механізмів. Річки і канали служили водними шляхами для судів і човнів, природними і штучними перешкодами, які захищали від нападу ворогів. Сліди найдавніших цивілізацій виявляються на берегах річок Тигру і Євфрату в Месопотамії, Інду в Індії, Нілу в Єгипті, Хуанхе в Китаї, в Закавказзі і в Середній Азії. У цих місцях ще за 4000-1000 років до н. е. стоілісь зрошувальні системи на полях, греблі і млини на річках. У Римі за 6 століть до н. е. був побудований водопровід, залишки якого збереглися й донині. А понад тисячу років тому в Середній Азії була побудована Шахрудская зрошувальна система, що діє і в даний час. У Росії в XVII ст. була побудована Вишнєволоцькому водна система, яка через річки Волхов, Ільмень, Мсту, Цну, Тверцу і Волгу за допомогою каналів і шлюзів поєднала Балтійське море з Каспійським. Ці приклади свідчать про те, що людство мало досить високою для того часу технікою і певними знаннями в практичній гідравліки для вирішення відповідних технічних завдань.
Першою, відомої нам, науковою роботою в області гідравліки стало твір Архімеда "Про плаваючих тілах", написане за 250 років до н. е. Надалі, в епоху феодалізму, не було будь-яких значних гідравлічних досліджень, хоча практично водне будівництво продовжувало розвиватися.
|