Hidraulica ( greaca veche ὑδραυλικός - apă; din altă greacă ὕδωρ - apă + altă greacă αὐλός - tub) - știință aplicată a legilor mișcării (vezi hidrodinamica lichidelor și gazelor picături ), echilibrul lichidelor (vezi . hidrostatică ) și modalități de aplicarea acestor legi la rezolvarea problemelor de practică inginerească [2] .
Spre deosebire de hidromecanică , hidraulica se caracterizează printr-o abordare specială a studiului fenomenelor de curgere a fluidelor: stabilește dependențe aproximative, limitându-se în multe cazuri la luarea în considerare a mișcării unidimensionale, utilizând în același timp pe scară largă experimentul, atât în laborator, cât și în conditii naturale.
Odată cu aceasta, există o convergență tot mai mare între hidromecanică și hidraulică: pe de o parte, hidromecanica se îndreaptă din ce în ce mai mult spre experiment, pe de altă parte, metodele de analiză hidraulică devin din ce în ce mai riguroase [3] .
Unele principii ale hidrostaticii au fost stabilite de Arhimede , apariția hidrodinamicii datează și din perioada antică, cu toate acestea, formarea hidraulicii ca știință începe la mijlocul secolului al XV-lea, când Leonardo da Vinci a pus bazele metodei experimentale. in hidraulica cu experimente de laborator. În secolele XVI-XVII, S. Stevin, G. Galileo și B. Pascal au dezvoltat bazele hidrostaticei ca știință, iar E. Torricelli a dat o formulă binecunoscută pentru viteza unui fluid care curge dintr-un orificiu.
Ulterior, I. Newton a exprimat principalele prevederi privind frecarea internă în lichide. În secolul al XVIII-lea , D. Bernoulli și L. Euler au dezvoltat ecuațiile generale ale mișcării unui fluid ideal , care au servit drept bază pentru dezvoltarea ulterioară a hidromecanicii și hidraulicii.
Cu toate acestea, aplicarea acestor ecuații (precum și a ecuațiilor de mișcare a unui fluid vâscos propuse ceva mai târziu) pentru rezolvarea problemelor practice a condus la rezultate satisfăcătoare doar în câteva cazuri, în legătură cu aceasta, încă de la sfârșitul secolului al XVIII-lea, mulți oameni de știință și ingineri (A. Chezy, A. Darcy, A. Bazin, Yu. Weisbach și alții) au studiat mișcarea apei în diferite cazuri speciale, în urma cărora știința a fost îmbogățită cu un număr semnificativ de formule empirice. Hidraulica practică s-a îndepărtat din ce în ce mai mult de hidrodinamica teoretică. Apropierea dintre ele a fost conturată abia până la sfârșitul secolului al XIX-lea ca urmare a formării de noi viziuni asupra mișcării fluidului , bazate pe studiul structurii fluxului .
De remarcate sunt lucrările lui O. Reynolds , care au făcut posibilă pătrunderea mai adânc în procesul complex al curgerii unui fluid real și în natura fizică a rezistenței hidraulice și au pus bazele teoriei mișcării turbulente . Ulterior, această învățătură, datorită studiilor lui L. Prandtl și T. Karman, s-a încheiat cu crearea unor teorii semi-empirice ale turbulenței , care au primit o largă aplicare practică.
Studiile lui N. E. Jukovski aparțin aceleiași perioade , dintre care pentru hidraulică lucrările asupra șocului hidraulic și mișcarea apelor subterane au avut cea mai mare importanță .
În secolul al XX-lea, creșterea rapidă a ingineriei hidraulice , a ingineriei termoenergetice, a ingineriei hidraulice , precum și a tehnologiei aviației a dus la dezvoltarea intensivă a hidraulicii, care se caracterizează printr-o sinteză a metodelor teoretice și experimentale. O mare contribuție la dezvoltarea științei au avut-o oamenii de știință sovietici N. N. Pavlovsky, L. S. Leibenzon, M. A. Velikanova și alții.
Importanța practică a hidraulicii a crescut în legătură cu nevoile tehnologiei moderne în rezolvarea problemelor transportului lichidelor și gazelor în diverse scopuri și utilizării acestora în diverse scopuri. Dacă mai devreme în hidraulică se studia un singur lichid - apa, atunci în condițiile moderne se acordă din ce în ce mai multă atenție studiului legilor de mișcare a lichidelor vâscoase (petrol și produsele sale), gaze, eterogene etc. fluide non-newtoniene. Se schimbă și metodele de cercetare și soluționare a problemelor hidraulice. Relativ recent, în hidraulică, locul principal a fost dat dependențelor pur empirice, care sunt valabile numai pentru apă și adesea doar în limite înguste ale modificărilor vitezelor, temperaturilor și parametrilor geometrici ai curgerii; acum, devin tot mai importante regularitățile de ordin general, valabile pentru toate lichidele, îndeplinind cerințele teoriei similarității etc.. În acest caz, cazurile individuale pot fi considerate o consecință a regularităților generalizate. Treptat, hidraulica se transformă într-una dintre ramurile aplicate ale științei generale a mișcării fluidelor - mecanica fluidelor.
Hidraulica, ca știință aplicată, este folosită pentru a rezolva diverse probleme de inginerie în domeniul:
Hidraulica este de obicei împărțită în două părți:
Principalele secțiuni ale hidraulicii practice:
În toate aceste secțiuni, mișcarea fluidului este considerată atât constantă, cât și instabilă (nestabilită).
Principalele secțiuni ale hidraulicii teoretice:
Hidraulica folosește pe scară largă principiile teoretice ale mecanicii și datele experimentale. În trecut, hidraulica era pur experimentală și aplicată în natură; recent, fundamentele sale teoretice au primit o dezvoltare semnificativă, ceea ce a contribuit la convergența sa cu hidromecanica . Hidraulica rezolvă numeroase probleme de inginerie, ia în considerare multe probleme de hidrologie , în special, legile mișcării debitelor fluviale, mișcarea sedimentelor , gheții și nămolului , procesele de formare a canalelor etc. Acest set de probleme este combinat de hidraulica fluvială ( dinamica curgerii canalului), care poate fi considerată ca o ramură independentă a hidraulicii.
În legătură cu hidromecanica, hidraulica acționează ca o direcție inginerească care rezolvă multe probleme de mișcare a fluidelor pe baza unei combinații de dependențe empirice stabilite empiric cu concluziile teoretice ale hidromecanicii.
În hidraulică, sunt de asemenea luate în considerare mișcarea sedimentelor în fluxurile deschise și a pastei în conducte, metodele de măsurători hidraulice, modelarea fenomenelor hidraulice și alte câteva aspecte. Problemele hidraulice care sunt esențiale pentru calculul structurilor hidraulice - mișcare neuniformă și instabilă în canale și țevi deschise, debit cu debit variabil, filtrare etc. - sunt uneori combinate sub denumirea generală de „ hidraulica de inginerie ”, sau „ hidraulica structurală ”.
Astfel, gama de probleme acoperite de hidraulic este foarte extins, iar legile acesteia, într-o măsură sau alta, își găsesc aplicare în aproape toate domeniile ingineriei, în special în inginerie hidraulică, recuperare a terenurilor, alimentare cu apă, canalizare, alimentare cu căldură și gaze, hidromecanizare, hidroenergie, transport pe apă etc.
Cercetările în domeniul hidraulicei sunt coordonate de Asociația Internațională de Cercetare Hidraulică (IAGI). Organul său este Journal of the International Association for Hydraulic Research (Delft, p. 1937).
Dezvoltarea hidraulicii este asociată cu numele oamenilor de știință:
| Secțiuni de mecanică | |
|---|---|
| Mecanica continuului | |
| teorii | |
| mecanica aplicata | |