Гидравлика

ГИДРАВЛИКА (от греческого υδωρ - вода и α?λ?ς - флейта, трубка), инженерная (техническая) наука о законах равновесия и движения жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. Является основанным главным образом на экспериментах разделом гидромеханики. В гидравлике рассматривают движение несжимаемых жидкостей, однако выводы гидравлики применимы и к газам в тех случаях, когда их плотность можно практически считать постоянной.

При изучении равновесия жидкостей гидравлика исследует общие законы гидростатики, а также частные вопросы: давление жидкости на стенки различных сосудов, труб, на плотины, опоры мостов, условия равновесия плавающих тел и др. Рассматривая движение жидкости при различных режимах течения (смотри Ламинарное течение, Турбулентное течение), а также условия перехода из одного режима в другой (смотри Рейнольдса число), гидравлика пользуется основными уравнениями гидродинамики. Гидравлика  оперирует такими понятиями, как гидравлический уклон (поверхности), гидравлическая шероховатость (стенок канала), живое сечение (часть сечения канала, занятая текущей жидкостью), смоченный периметр, гидравлический радиус, гидравлическое сопротивление (потери напора), гидравлический прыжок и др.

Имея дело преимущественно с турбулентными течениями, гидравлика изучает как установившееся (стационарное) движение жидкости, так и неустановившееся (нестационарное), при котором характеристики течения меняются со временем. В зависимости от формы канала, по которому движется жидкость, течение рассматривается как равномерное (при неизменной форме живого сечения потока) или неравномерное (при расширении или сужении поперечного сечения канала). По форме течения в гидравлике различают безнапорное движение жидкости, то есть имеющее свободную поверхность (границу между жидкостью и воздухом), и напорное, при котором жидкость полностью заполняет всё сечение канала с замкнутыми стенками (труба, туннель). В гидравлике рассматриваются как осевые потоки, в которых скорость частиц направлена параллельно оси канала, так и циркуляционные, движущиеся в трубе по винтообразным (спиралеобразным) траекториям.

Основные разделы гидравлики - гидравлика сооружений и гидравлика машин. Гидравлика  сооружений изучает течение по трубам (гидравлика трубопроводов), течение в каналах и реках (гидравлика открытых русел), истечение жидкостей из отверстий и через водосливы. Методы гидравлики машин используют для исследования работы и в расчётах турбин, насосов и др. Гидравлика  исследует также фильтрацию жидкости, то есть движение жидкости сквозь пористые среды. Специальный раздел рассматривает закономерности гидравлического моделирования, другими словами, изменения количественных характеристик показателей движения при изменении масштаба гидравлического явления, и устанавливает критерии подобия, применяемые при гидравлических расчётах.

В гидравлике трубопроводов указываются способы определения размеров труб, необходимых для обеспечения заданного расхода жидкости при заданных условиях и для решения ряда вопросов, возникающих при проектировании и строительстве трубопроводов различного назначения (водопроводы, напорные трубопроводы электростанций, нефтепроводы, газопроводы и пр.); исследуется вопрос о распределении скоростей в трубах, что имеет большое значение для расчётов теплопередачи, устройств пневматического и гидравлического транспорта, при измерении расходов и тому подобное. Теория неустановившегося движения в трубах используется при исследовании гидравлического удара.

В гидравлике открытых русел рассматриваются способы определения глубины воды в каналах при заданных расходе и уклоне дна для проектирования судоходных, оросительных, гидроэнергетических и других каналов, в процессе регуляционных работ на реках и тому подобное. При этом исследуются вопросы о распределении скоростей по сечению потока, расчёта движения наносов и пр.

В разделах гидравлики, посвящённых истечению жидкости из отверстий и через водосливы, приводятся расчётные зависимости для определения необходимых размеров отверстий в различных резервуарах, шлюзах, плотинах, водопропускных трубах и так далее, а также для определения скоростей истечения жидкостей и времени опорожнения резервуаров. Гидравлическая теория фильтрации даёт методы расчёта дебита и скорости течения жидкостей 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.). В гидравлике исследуются также движение наносов в открытых потоках и пульпы в трубах, методы измерений в натурных и лабораторных условиях, моделирование гидравлических явлений и другие вопросы.

Знание законов движения жидкостей необходимо для гидротехнического и водохозяйственного строительства, водоснабжения и водоотведения, гидроэнергетики, проектирования и эксплуатации водных путей сообщения, при осушении и орошении земель, в машиностроении, коммунальном хозяйстве и др.

Лит.: Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэродинамика. 2-е изд. М., 1975; Емцев Б. Т. Техническая гидромеханика. М., 1978; Чугаев Р. Р. Гидравлика. 4-е изд. Л., 1982.