Гидравлика

(от греческого hydor - вода и aulos - труба)

Это наука о законах движения капельных жидкостей и газов и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. 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. Наряду с этим намечается всё большее сближение между гидромеханикой и гидравликой: с одной стороны, гидромеханика всё чаще обращается к эксперименту, с другой — методы гидравлического анализа становятся более строгими. Некоторые принципы гидростатики были установлены ещё Архимедом, возникновение гидродинамики также относится к античному периоду, однако формирование гидравлики, как науки начинается с середины 15 века, когда Леонардо да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу в гидравлике. В 16—17 в. 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 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 18 в. многие учёные и инженеры (А. Шези, А. Дарси, А. Базен, Ю. Вейсбах и другие) опытным путём изучали движение воды в различных частных случаях, в результате чего гидравлика обогатилась значительным числом эмпирических формул. 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 20 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 гидравлики сделан советскими учёными (работы Н.Н. Павловского, Л.С. Лейбензона, М.А. Великанова и других).

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 прочему. При этом отдельные случаи могут рассматриваться как следствие обобщенных закономерностей. Гидравлика постепенно превращается в один из прикладных разделов общей науки о движении жидкостей — механики жидкости.

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

• водоснабжения и водоотведения (канализации);
• транспортировки веществ по трубопроводу: газ, нефть и т.п.;
• строительства различных гидротехнических сооружений, водозаборных сооружений;
• конструирования различных устройств, машин, механизмов: насосов, компрессоров, демпферов, амортизаторов, гидравлических прессов, гидравлических приводов.

• 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 - взаимодействие потока и твёрдого преграждения. Во всех указанных разделах движение жидкости рассматривается как установившееся, так и неустановившееся (нестационарное).

• гидростатика;
• гидродинамика;
• кинематическая гидравлика;