Предмет гидравлики и краткая история её развития

Предмет гидравлики и краткая история её развития

Гидравликой называется прикладная инженерная наука, изучающая законы равновесия и движения капельных жидкостей и рассматривающая приложение этих законов к решению конкретных технических задач.

Гидравлика делится на две части:

1) гидростатика – изучает законы равновесия жидкости;

2) гидродинамика – изучает законы движения жидкостей.

Практическое применение гидравлики весьма велико, так как эта наука представляет собой основу для инженерных расчётов во многих областях техники и является основой для ряда специальных дисциплин: процессов и аппаратов химической технологии, гидравлических машин (насосов и турбин), гидротехники, водоснабжения и канализации, водного транспорта и других.

Особенно большое значение имеет гидравлика для специалистов химиков-технологов и химиков-механиков, поскольку все основные производственные процессы химической промышленности в той или иной мере (форме) связаны с использованием и перемещением газообразных жидкостей (воды, химических реагентов, нефтепродуктов и т.д.) по различным аппаратам и гидравлическим системам.

Первые представления о гидравлике появились ещё у древних народов Египта, Китая, Вавилонии, Ассирии, Греции, Рима, а также у народов, живших на территориях, входящих в состав СССР.

С первых шагов своего исторического развития человек был вынужден практически заниматься решением различных гидравлических вопросов. Так ещё за 5000 лет до н.э. в Китае, а затем и в некоторых других странах древнего мира уже существовали оросительные каналы и были известны некоторые простейшие устройства для подъёма воды.

Строительство кораблей, каналов для орошения полей, водопроводов и других гидротехнических сооружений способствовало накоплению знаний и равновесии и движении жидкостей.

Первые показания о научном подходе к решению гидравлических вопросов относятся к 250 году до н.э., когда Архимед открыл закон равновесия тела, погруженного в жидкость.

В период средневековья гидравлика как наука не развивалась. Это было вполне закономерно, так как эпоха феодализма с её натуральным хозяйством и отсутствием развитой промышленности не ставила перед гидравликой никаких задач, требующих разрешения.

И только в XVI-XVII вв., в эпоху Возрождения, когда появились Стевина, Торричелли, Леонардо да Винчи, Галилей, Паскаль, Ньютон, исследовавшие, в частности, ряд весьма важных гидравлических явлений, было положено начало дальнейшему развитию гидравлики как науки. Эти работы крупнейших учёных сыграли большую роль в деле развития отдельных разделов гидравлики.

Однако как самостоятельная наука гидравлика начала формироваться только после работ, выполненных в Российской Академии наук академиками М.В. Ломоносовым (открыл закон сохранения энергии, тем самым создал теоретическую базу для дальнейшего развития гидравлики), Д.В. Бернулли (вывел основное уравнение гидродинамики – уравнение Бернулли в 1738 году) и Л.П. Эйлером (вывел дифференциальные уравнения движения жидкостей в 1755 году).

Исследования Бернулли и Эйлера в дальнейшем были продолжены и расширены. В связи с бурным ростом в XIX в. Техники, требовавшей немедленного, конкретного решения различных чисто инженерных задач, появились представляющие наибольший интерес труды иностранных учёных, таких как Шезе (формула для средней скорости жидкости при расчёте труб), Вентури (исследовал истечение жидкости через отверстия в насадке), Вейсбаха (изучение местных сопротивлений и потерь напора в трубах), Базена (изучавшего истечение жидкости через водосливы), Рейнольдса (показал существование двух режимов при движении реальных жидкостей и др.) Большую роль в развитии гидравлики сыграли русские учёные: профессор Казанского университета Громеко (1851-1889 гг.) (впервые предложил уравнения для вихревого движения жидкости), профессор Петров (исследовал и дал гидродинамическую теорию трения при наличии смазывающей насадки), Шухов (изучил движение жидкости с большой вязкостью), Жуковский – гениальный учёный (решил вопрос о гидравлическом ударе в трубах, о трении смазочного слоя, разработал теорию подъёмной силы крыла, что легло в основу расчёта рабочих колёс гидравлических турбин).

После Великой Октябрьской революции быстрое развитие народного хозяйства, в частности, проектирование крупных гидроэлектростанций, плотин, каналов и других гидротехнических сооружений вызвало необходимость углублённой разработки многих вопросов гидравлики.

В Советском Союзе вопросами гидравлики занимается ряд научно-исследовательских институтов и лабораторий ВУЗов, оснащённых наиболее совершенным оборудованием и точными приборами. Это, прежде всего лаборатории Центрального гидродинамического института им. Жуковского и другие.

Ведущая роль в создании инженерной гидравлики принадлежит академику Н.Н. Павловскому, который решил многие важные проблемы в области равномерного и неравномерного движения жидкости и фильтрации жидкостей.

Значительный вклад внесли в развитие гидравлики и такие советские учёные, как Л.С. Лейбензон (теория смазки и гидравлического удара), академик А.Н. Колмогоров (исследование турбулентного движения жидкости), академик С.А. Христианович (исследования в области неустановившегося движения жидкости), профессор М.А. Великанов и другие советские учёные.

Благодаря своим достижениям сегодня советская гидравлика заняла ведущее место в мире.