История развития гидравлики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Техническим приложением гидромеханики является наука гидравлика. Гидравлика -- это наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению конкретных технических задач. С гидравликой связаны отрасли науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода.

Часто описание теории этих машин, их устройства и принципов работы объединяют в одном учебном предмете «Гидравлика и гидравлические машины». Слово гидравлика произошло от греческого hydro (вода) и aulos (трубка). В настоящее время это понятие значительно расширилось: гидравлика занимается изучением любой жидкости, движущейся не только в трубах. В начале своего развития гидравлика представляла собой теоретическую науку -- математическую механику жидкости или гидромеханику.

Используя сложный математический аппарат и принимая некоторые допущения в отношении физических свойств жидкости, эта наука рассматривает движение жидкости по упрощенным схемам. Но методы математической гидромеханики не дали возможности решить целый ряд практических задач. В связи с этим стала развиваться практическая наука -- техническая механика жидкости, решающая инженерные задачи методом упрощения гидравлических явлений, но с введением в теоретические уравнения поправочных коэффициентов, полученных в результате эксперимента.

В настоящее время приходится сталкиваться с задачами, при решении которых одновременно используются методы теоретической и технической гидромеханики. Поэтому различие в методах этих двух ветвей одной и той же науки постепенно исчезает. Современная гидравлика представляет собой самостоятельную, сформировавшуюся отрасль знаний, находящую применение в различных областях техники.

История развития гидромеханики

гидравлика гидромеханика галилей торричелли

Жизнь и деятельность человека во все времена были неразрывно связаны с водой. Еще в глубокой древности люди использовали реки и моря как пути сообщения и занимались орошением земель. Много лет назад в Средней Азии и Китае, Египте и Месопотамии, Риме и Греции были созданы различные гидротехнические сооружения для подъема и подачи воды: каналы и плотины, водоводы и акведуки. Во времена Траяна в Риме было 9 водопроводов общей длиной 436 км.

Однако каких-либо сведений о гидравлических расчетах этих сооружений не найдено. Первым научным трудом в области гидравлики принято считать трактат древнегреческого математика и механика Архимеда (ок. 287--212 до н. э.) «О плавающих телах», написанный примерно за 250 лет до н. э. Архимедом открыт закон о равновесии тела, погруженного в жидкость, который затем лег в основу теории плавания кораблей и их остойчивости. Дальнейшее развитие гидравлика получила в XIV--XVII веках. Широко известны труды гениального итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452-1519).

Он изучал механизм движения жидкости в реках и каналах, процесс истечения жидкости, занимался постройкой гидротехнических сооружений, установил принцип работы гидравлического пресса, изобрел центробежный насос и многое другое. К этому же периоду относятся работы голландского инженера С. Стевина (1548-1620); он определил давление жидкости на плоскость и описал гидравлический парадокс.

Итальянский ученый Г. Галилей (1564--1642) систематизировал основные положения гидростатики и впервые указал на зависимость гидравлических сопротивлений от скорости потока жидкости и его плотности, а его соотечественник Э. Торричелли (1608--1647) вывел формулу для расчета скорости истечения жидкости. Важное значение для гидравлики имели работы французского физика и математика Б. Паскаля (1623--1662), открывшего закон о передаче внешнего давления, носящий его имя.

Особо следует отметить работы выдающегося английского физика, математика, механика и астронома И. Ньютона (1643--1727),который впервые ввел понятие вязкости жидкости и установил зависимость между напряжением трения, градиентом скорости и свойствами жидкости; он же заложил основы теории гидродинамического подобия. Исследования в этот период носили в основном теоретический характер и не были связаны друг с другом.

Лишь во второй половине XVIII века труды крупнейших ученых-механиков и математиков, и прежде всего Д. Бернулли и Л. Эйлера, послужили теоретической основой гидромеханики и гидравлики. Д. Бернулли (1700-1782) вывел основное уравнение движения жидкости. С именем Д. Бернулли связано понятие «гидродинамика»: в1738 г. он опубликовал свою работу «Гидродинамика» -- академический труд, выполненный автором во время работы в Петербурге. Л. Эйлер (1707-1783) - знаменитый математик, механик, физик и астроном, уроженец Швейцарии.

Не найдя на родине условий для научной деятельности, он в 1727 г. переехал в Россию и работал здесь до конца своих дней. Он опубликовал более 800 научных работ, относящихся к разным областям знаний, и создал основополагающий труд «Общие принципы движения жидкости».

Великий русский ученый М. В. Ломоносов (1711--1765), занимаясь общими проблемами физики, уделял большое внимание вопросам движения жидкостей и газов и практическому применению гидравлики, а открытый им закон сохранения массы и энергии лежит в основе современной гидравлики. М. В. Ломоносов поддерживал научные контакты с Л. Эйлером в период работы швейцарского ученого в Петербургской Академии наук. Вторая половина XVIII и начало XIX века характеризуются ростом промышленного производства и бурным развитием техники.

Для решения различного рода инженерных задач в области гидравлики требуются новые научные методы, учитывающие свойства реальной жидкости. Примерно в это время начинается второй период развития гидравлики -- превращение ее в прикладную науку.

Большой вклад в становление технической гидромеханики внесли французские ученые А. Пито (1695-1771) - инженер-гидротехник, широко известный изобретением «трубки Пито», А. Шези (1718-1798), который вывел формулу для определения скорости движения жидкости, Ж. Борда (1733-1799), который вывел уравнение для определения потерь напора при резком расширении потока; итальянский профессор Д. Вентури (1746-1822), исследовавший процесс истечения жидкости из насадков; Д. Вейсбах (1806--1871) - крупный немецкий ученый, чьи теоретические и экспериментальные исследования в области движения жидкости не утратили своего значения до настоящего времени; английский ученый О. Рейнольдс (1842-1912), установивший два режима движения жидкости и критерий гидродинамического подобия; Л. Прандтль (1875-1953), разработавший теорию турбулентных потоков.

Не остались в стороне от развития технической гидравлики и ученые России. Инженерное направление в гидромеханике интенсивно разрабатывалось в стенах Петербургского института путей сообщения, где была создана первая в России гидравлическая лаборатория и плодотворно работала группа ученых под руководством профессора П. П. Мельникова (1804--1880) -- почетного члена Петербургской Академии наук, издавшего в 1836 г. первый на русском языке учебник по гидравлике «Основания практической гидравлики...».

Выдающийся русский инженер, почетный член Петербургской Академии наук, профессор Н. П. Петров (1836--1920) на основе гипотезы Ньютона о трении в жидкости разработал гидродинамическую теорию смазки машин. Особенно большой вклад в развитие гидравлики внес Николай Егорович Жуковский (1847--1921)--автор целого ряда работ по технической гидродинамике. Важнейшей его работой, вышедшей в свет в 1899 г., было исследование «О гидравлическом ударе».

В начале XX века в гидравлике стали формироваться различные направления специальных исследований. Характерной особенностью этого периода является проведение коллективных исследований и создание научных школ. Талантливый. инженер и ученый В. Г. Шухов (1853--1939) разработал методы расчета нефтепроводов и изобрел оригинальное устройство для подъема нефти -- эрлифт.

Ведущую роль в разработке теории и расчета гидравлических сооружений сыграли работы Н. Н. Павловского (1884--1937). С первых дней создания Советского государства наступил новый этап в развитии гидравлики в нашей стране. Разработка и осуществление плана ГОЭЛРО, проектирование и строительство крупных гидроэлектростанций потребовали решения целого ряда прикладных задач в области гидравлики, динамики русловых процессов и др. Были созданы специализированные научно-исследовательские и проектные институты, лаборатории при кафедрах некоторых ведущих высших учебных заведений.

Ученые проводили исследования и изыскательские работы, необходимые для осуществления проектов строительства каналов им. Москвы, Беломоро-Балтийского, Волго-Донского им. В. И. Ленина, а также сооружения мощных гидроэлектростанций на Волге, Днепре, крупнейших реках Сибири. Базой развития гидроэнергетики явилось создание в стране крупного энергетического гидромашиностроения, что позволило планомерно увеличивать единичную мощность гидроагрегатов на строящихся ГЭС.

Так, на Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС мощность одной турбины составляет 115 МВт, на Братской-- 250 МВт, на Красноярской -- 500 МВт, на Саяно-Шушенской -- 640МВт. Не менее значительны достижения гидромашиностроения по разработке насосов высокого давления с большой подачей, объемного гидропривода и гидродинамических передач.

Размещено на Allbest.ru