Hydrauliikka ( antiikin kreikaksi ὑδραυλικός - vesi; toisesta kreikasta ὕδωρ - vesi + muu kreikka αὐλός - putki) - soveltavaa tiedettä liikelaeista (katso pisaranesteiden ja kaasujen hydrodynamiikka ) ja nesteen hydrostaattiset (tasapaino ) tavat. näiden lakien soveltaminen insinöörikäytännön ongelmien ratkaisemiseen [2] .
Toisin kuin hydromekaniikka , hydrauliikkaan on ominaista erityinen lähestymistapa nestevirtauksen ilmiöiden tutkimukseen: se määrittää likimääräisiä riippuvuuksia, rajoittuen monissa tapauksissa yksiulotteisen liikkeen huomioimiseen, samalla kun se hyödyntää laajasti kokeita sekä laboratoriossa että laboratoriossa. luonnolliset olosuhteet.
Samanaikaisesti hydromekaniikan ja hydrauliikan lähentyminen lisääntyy: toisaalta hydromekaniikka siirtyy yhä enemmän kokeiluun, toisaalta hydraulisen analyysin menetelmät tiukenevat [3] .
Arkhimedes loi osan hydrostaattisista periaatteista, myös hydrodynamiikan syntyminen juontaa juurensa antiikin ajalle, mutta hydrauliikan muodostuminen tieteenä alkaa 1400-luvun puolivälissä, jolloin Leonardo da Vinci loi perustan kokeelliselle menetelmälle. hydrauliikassa laboratoriokokeilla. S. Stevin, G. Galileo ja B. Pascal kehittivät 1500-1600-luvuilla hydrostaattisen tieteen perusteita, ja E. Torricelli antoi tunnetun kaavan aukosta ulos virtaavan nesteen nopeudelle.
Myöhemmin I. Newton esitti tärkeimmät säännökset nesteiden sisäisestä kitkasta. 1700-luvulla D. Bernoulli ja L. Euler kehittivät ihanteellisen nesteen yleiset liikeyhtälöt , jotka toimivat pohjana hydromekaniikan ja hydrauliikan edelleen kehittämiselle.
Näiden yhtälöiden (sekä hieman myöhemmin ehdotettujen viskoosin nesteen liikeyhtälöiden) soveltaminen käytännön ongelmien ratkaisemiseen johti kuitenkin tyydyttäviin tuloksiin vain harvoissa tapauksissa, tämän yhteydessä 1700-luvun lopusta lähtien, monet tiedemiehet ja insinöörit (A. Chezy, A. Darcy, A. Bazin, Yu. Weisbach ja muut) tutkivat veden liikettä erilaisissa erikoistapauksissa, minkä seurauksena tiede rikastui huomattavalla määrällä empiirisiä kaavoja. Käytännön hydrauliikka eteni yhä kauemmaksi teoreettisesta hydrodynamiikasta. Niiden välinen lähentyminen hahmottui vasta 1800-luvun lopulla , kun virtauksen rakenteen tutkimukseen perustuvia uusia näkemyksiä nesteen liikkeistä muodostui .
Erityisen huomionarvoisia ovat O. Reynoldsin teokset , jotka mahdollistivat tunkeutumisen syvemmälle todellisen nesteen virtauksen monimutkaiseen prosessiin ja hydraulisen vastuksen fyysiseen luonteeseen ja loivat pohjan turbulenttisen liikkeen teorialle . Myöhemmin tämä opetus, kiitos L. Prandtlin ja T. Karmanin tutkimusten, päättyi puoliempiiristen turbulenssiteorioiden luomiseen , jotka saivat laajan käytännön sovelluksen.
Samaan aikakauteen kuuluvat N. E. Žukovskin tutkimukset, joista hydrauliikan kannalta merkittävimpiä olivat hydraulishokkityöt ja pohjaveden liikkuminen .
1900-luvulla vesitekniikan , lämpövoimatekniikan , vesitekniikan ja ilmailutekniikan nopea kasvu johti hydrauliikan intensiiviseen kehittämiseen, jolle on ominaista teoreettisten ja kokeellisten menetelmien synteesi. Neuvostoliiton tutkijat N. N. Pavlovsky, L. S. Leibenzon, M. A. Velikanova ja muut antoivat suuren panoksen tieteen kehitykseen.
Hydrauliikan käytännön merkitys on kasvanut nykyaikaisen tekniikan tarpeiden myötä nesteiden ja kaasujen eri tarkoituksiin kuljetuksen ja eri käyttötarkoituksen ongelmien ratkaisemisessa. Jos aiemmin hydrauliikassa tutkittiin vain yhtä nestettä - vettä, niin nykyaikaisissa olosuhteissa kiinnitetään yhä enemmän huomiota viskoosien nesteiden (öljy ja sen tuotteet), kaasujen, epähomogeenisten jne. liikelakien tutkimukseen. ei-newtonilaiset nesteet. Myös hydraulisten ongelmien tutkimus- ja ratkaisumenetelmät ovat muuttumassa. Suhteellisen äskettäin hydrauliikassa pääpaikka annettiin puhtaasti empiirisille riippuvuuksille, jotka pätevät vain veteen ja usein vain kapeissa rajoissa virtauksen nopeuksien, lämpötilojen ja geometristen parametrien muutoksille; nyt yhä tärkeämpiä ovat yleisen järjestyksen säännönmukaisuudet, jotka pätevät kaikkiin nesteisiin, täyttävät samankaltaisuusteorian vaatimukset jne. Tässä tapauksessa yksittäistapauksia voidaan pitää yleistettyjen säännönmukaisuuksien seurauksena. Vähitellen hydrauliikasta tulee yksi yleisen nesteliikkeen tieteen - nestemekaniikan - sovelletuista haaroista.
Hydrauliikkaa soveltavana tieteenä käytetään ratkaisemaan erilaisia teknisiä ongelmia seuraavilla aloilla:
Hydrauliikka on yleensä jaettu kahteen osaan:
Käytännön hydrauliikan pääosat:
Kaikissa näissä osissa nesteen liikettä pidetään sekä tasaisena että epävakaana (epävakaana).
Teoreettisen hydrauliikan pääosat:
Hydrauliikka hyödyntää laajasti mekaniikan teoreettisia periaatteita ja kokeellista tietoa. Aikaisemmin hydrauliikka oli puhtaasti kokeellista ja sovellettua luonnossa, viime aikoina sen teoreettiset perusteet ovat saaneet merkittävää kehitystä, mikä on myötävaikuttanut sen lähentymiseen hydromekaniikan kanssa . Hydrauliikka ratkaisee lukuisia teknisiä ongelmia, pohtii monia hydrologisia kysymyksiä, erityisesti jokien virtausten liikelakeja, sedimenttien , jään ja lietteen liikkumista, kanavien muodostumisprosesseja jne. Nämä ongelmat yhdistyvät jokien hydrauliikkaan ( kanavan virtausdynamiikka), jota voidaan pitää itsenäisenä hydrauliikan haarana.
Hydromekaniikkaan liittyen hydrauliikka toimii teknisenä suunnana, joka ratkaisee monia nesteen liikkeen ongelmia perustuen empiiristen riippuvuuksien yhdistelmään, joka on määritetty empiirisesti hydromekaniikan teoreettisilla päätelmillä.
Hydrauliikassa tarkastellaan myös sedimenttien liikkumista avoimissa virroissa ja massan liikkumista putkissa, hydraulisten mittausten menetelmiä, hydraulisten ilmiöiden mallintamista ja joitain muita asioita. Hydraulisten rakenteiden laskennan kannalta oleelliset hydrauliikkakysymykset - epätasainen ja epätasainen liike avoimissa kanavissa ja putkissa, virtaus vaihtelevalla virtauksella, suodatus jne. - yhdistetään joskus yleisnimellä " tekninen hydrauliikka " tai " rakennehydrauliikka ".
Hydrauliikan kattamien asioiden kirjo on siis erittäin laaja, ja sen lait löytävät tavalla tai toisella käyttöä lähes kaikilla tekniikan aloilla, erityisesti vesirakentamisen, maanparannus-, vesihuollon, viemäri-, lämmön- ja kaasuhuollon, hydromekanisaatio, vesivoima, vesiliikenne jne.
Hydrauliikan alan tutkimusta koordinoi International Hydraulic Research Association (IAGI). Sen elin on Journal of the International Association for Hydraulic Research (Delft, s. 1937).
Hydrauliikan kehitys liittyy tutkijoiden nimiin:
| Mekaniikan osat | |
|---|---|
| Jatkuva mekaniikka | |
| teorioita | |
| sovellettua mekaniikkaa | |