ГИДРАВЛИКА

ГИДРАВЛИКА (греч. hydraulikos
- водяной, от hydor - вода и aulos - трубка), наука о законах движения
и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач
инж. практики. В отличие от гидромеханики, Г. характеризуется особым
подходом к изучению явлений течения жидкостей; она устанавливает приближённые
зависимости, ограничиваясь во многих случаях рассмотрением одноразмерного
движения, широко используя при этом эксперимент, как в лабораторных, так
и в натурных условиях. Наряду с этим намечается всё большее сближение между
гидромеханикой и Г.: с одной стороны, гидромеханика всё чаще обращается
к эксперименту, с другой - методы гидравлического анализа становятся более
строгими.

Г. изучает капельные жидкости, считая
их обычно несжимаемыми. Однако выводы Г. применимы и к газам в тех случаях,
когда давление в них, а вместе с тем и плотность, почти постоянны. Течения
газов с большими скоростями исследуются в газовой динамике. Рассматривая
гл. обр. т. н. внутр. задачу, т. е. движение жидкости в твёрдых границах,
Г. почти не касается вопроса о распределении силового воздействия на поверхность
обтекаемых тел, к-рому уделяется много внимания в аэродинамике. Г.
обычно подразделяется на две части: теоретические основы Г., где излагаются
важнейшие положения учения о равновесии и движении жидкостей, и практическую
Г., применяющую эти положения к решению частных вопросов инж. практики.
Осн. разделы практич. Г.: течение по трубам (Г. трубопроводов), течение
в каналах и реках (Г. открытых русел), истечение жидкости из отверстия
и через водосливы,
движение в пористых средах (фильтрация), взаимодействие
потока и твёрдого преграждения (Г. сооружений). Во всех указанных разделах
движение жидкости рассматривается как установившееся, так и неустановившееся
(нестационарное).

Изучая равновесие жидкостей, Г. исследует
общие законы гидростатики, а также частные вопросы: давление жидкости
на стенки различных сосудов, труб, на плотины, быки и устои мостов и пр.,
давление на погружённые в жидкость тела (см. Архимеда закон), условия
равновесия плавающих тел (см.
Плавание тел). Рассматривая движения
жидкости, Г. пользуется осн. уравнениями
гидродинамики, при этом
главнейшими соотношениями являются: уравнение Бернулли для реальной жидкости
(см. Бернулли уравнение), определяющее общую связь между давлением,
высотой, скоростью течения жидкости и потерями напора, и уравнение неразрывности
(см. Неразрывности уравнение) в гидравлич. форме. Г. подробно рассматривает
вопрос о гидравлических сопротивлениях, возникающих при различных режимах
течения жидкости (см. Ламинарное течение, Турбулентное течение), а
также условия перехода из одного режима в другой (см. Рейнолъдса число).
Г. трубопроводов указывает способы определения размеров труб, необходимых
для пропуска заданного расхода жидкости при заданных условиях и для решения
ряда вопросов, возникающих при проектировании и строительстве трубопроводов
различного назначения (водопроводные сети, напорные трубопроводы гидроэлектростанций,
нефтепроводы и пр.). Здесь же рассматривается вопрос о распределении скоростей
в трубах, что имеет большое значение для расчётов теплопередачи, устройств
пневматич. и гидравлич. транспорта, при измерении расходов и т. д. Теория
неустановившегося движения в трубах исследует явление гидравлического
удара.

Г. открытых русел изучает течение воды
в каналах и реках. Здесь даются способы определения глубины воды в каналах
при заданном расходе и уклоне дна, широко применяемые при проектировании
судоходных, оросительных, осушительных и гидроэнергетич. каналов, канализац.
труб, при вьтравительных работах
на реках и пр. Г. открытых русел
исследует также вопрос о распределении скоростей по сечению потока, что
весьма существенно для гидрометрии, расчёта движения наносов и пр. Теория
неравномерного движения в открытых руслах даёт возможность определять кривые
свободной поверхности воды, а теория неустановившегося движения важна при
учёте явлений, связанных с маневрированием затворами плотин, суточным регулированием
гидроэлектростанций, попуском воды из водохранилищ и пр. В разделах гидравлики,
посвящённых истечению жидкости из отверстий и через водосливы, приводятся
расчетные зависимости для определения необходимых размеров отверстий в
различных резервуарах, шлюзах, плотинах, водопропускных трубах и т. д.,
а также для выявления скоростей истечения жидкостей и времени опорожнения
резервуаров. Гидравлич. теория фильтрации даёт методы расчёта дебита и
скорости течения воды 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 Г. рассматриваются также движение
наносов в открытых потоках и пульпы в трубах, методы гидравлич. измерений,
моделирование гидравлич. явлений и нек-рые др. вопросы. Существенно важные
для расчёта гидротехнич. сооружений вопросы Г. - неравномерное и неустановившееся
движение в открытых руслах и трубах, течение с переменным расходом, фильтрация
и др. - иногда объединяют под общим назв. инженерная Г. или Г. сооружений.
Т. о., круг вопросов, охватываемых Г., весьма обширен и законы Г. в той
или иной мере находят применение практически во всех областях инж. деятельности,
а особенно в гидротехнике, мелиорации, водоснабжении, канализации, теплогазоснабже-нии,
гидромеханизации, гидроэнергетике, водном транспорте и др.

Нек-рые принципы гидростатики были установлены
ещё Архимедом, возникновение гидродинамики также относится к антич. периоду,
однако формирование Г. как науки начинается с сер. 15 в., когда Леонардо
да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу
в Г. В 16-17 вв. С. Стевин, Г. Галилей и Б. Паскаль разработали основы
гидростатики как науки, а Э. Тор-ричелли дал известную формулу для скорости
жидкости, вытекающей из отверстия. В дальнейшем И. Ньютон высказал осн.
положения о внутр. трении в жидкостях. В 18 в. Д. Бернулли и Л. Эйлер разработали
общие уравнения движения идеальной жидкости, послужившие основой для дальнейшего
развития гидромеханики и Г. Однако применение этих уравнений (так же как
и предложенных несколько позже уравнений движения вязкой жидкости) для
решения практич. задач, привело к удовлетворительным результатам лишь в
немногих случаях. В связи с этим с конца 18 в. многие учёные и инженеры
(А. ГЛези, А. Дарси, А. Базен, Ю. Вейсбах и др.) опытным путём изучали
движение воды в различных частных случаях, в результате чего Г. обогатилась
значит, числом эмпирич. формул. Создававшаяся т. о. практическая Г. всё
более отдалялась от теоретич. гидродинамики. Сближение между ними наметилось
лишь к концу 19 в. в результате формирования новых взглядов на движение
жидкости, основанных на исследовании структуры потока. Особо заслуживают
упоминания работы О. Рейнольдса, позволившие глубже проникнуть в сложный
процесс течения реальной жидкости и в физич. природу гидравлич. сопротивлений
и положившие начало учению о турбулентном движении. Впоследствии это учение,
благодаря исследованиям Л. Прандтля и Т. Кармана, завершилось созданием
полуэмпирич. теорий турбулентности, получивших широкое практич. применение.
К этому же периоду относятся исследования Н. Е. Жуковского, из к-рых для
Г. наибольшее значение имели работы о гидравлич. ударе и о движении грунтовых
вод. В 20 в. быстрый рост гидротехники, теплоэнергетики, гидромашиностроения,
а также авиац. техники привёл к интенсивному развитию Г., к-рое характеризуется
синтезом теоретич. и экспериментальных методов. Большой вклад в развитие
Г. сделан сов. учёными (работы Н. Н. Павловского, Л. С. Лейбензона, М.
А. Великанова и др.).

Практич. значение Г. возросло в связи
с потребностями совр. техники в решении вопросов транспортирования жидкостей
и газов различного назначения и использования их для разнообразных целей.
Если ранее в Г. изучалась лишь одна жидкость - вода, то в совр. условиях
всё большее внимание уделяется изучению закономерностей движения вязких
жидкостей (нефти и её продуктов), газов, неоднородных и т. н. неньютоновских
жидкостей. Меняются и методы исследования и решения гидравлич. задач. Сравнительно
недавно в Г. осн. место отводилось чисто эмпирич. зависимостям, справедливым
только для воды и часто лишь в узких пределах изменения скоростей, темп-р,
геометрич. параметров потока; теперь всё большее значение приобретают закономерности
общего порядка, действительные для всех жидкостей, отвечающие требованиям
теории подобия и пр. При этом отд. случаи могут рассматриваться как следствие
обобщённых закономерностей. Г. постепенно превращается в один из прикладных
разделов общей науки о движении жидкостей - механики жидкости.

Исследования в области Г. координируются
Междунар. ассоциацией гидравлических исследований (МАГИ). Еёорган style="mso-ansi-font-size: 12.0pt; mso-ansi-language: EN-US">
- Journal of the International Association for Hydraulic Research (Delft,
с
1937). Периодич. издания в области Г.: журналыГидротехническое строительство
(с 1930) и Гидротехника и мелиорация (с 1949), Изв. Всесоюзного н.-и. ин-та
гидротехники им. Б. Е. Веденеева (с 1931), Труды координационных совещаний
по гидротехнике (с 1961), сборники Гидравлика и гидротехника (с 1961),
Houille Blanche (Grenoble, с 1946), Journal of the Hydraulics Division. lang=EN-US style="mso-ansi-font-size: 12.0pt; mso-ansi-language: EN-US">American
Society of Civil Engineers (N. Y., с lang=EN-US style="mso-ansi-font-size: 12.0pt; mso-ansi-language: EN-US">
1956), L'energia ele-ttrica (Mil., с lang=EN-US style="mso-ansi-font-size: 12.0pt; mso-ansi-language: EN-US">
1924).

Лит.: Идельчнк И. Е., Справочник
по гидравлическим сопротивлениям, М.- Л., 1960; Киселёв П. Г., Справочник
по гидравлическим расчетам, 3 изд., М.- Л., 1961; Богомолов А. И., Михайлов
К. А., Гидравлика, М., 1965; Альтшуль А. Д., Киселев П. Г., Гидравлика
и аэродинамика, М., 1965; Чугаев P.P., Гидравлика, М. -Л., 1970; Rousе
Н., Ноwe, J., Basic mechanics of fluids. N.
Y.- L., 1953; King H. W., Вr lang=EN-US style="mso-ansi-font-size: 12.0pt; mso-ansi-language: EN-US">
at еr style="mso-ansi-font-size: 12.0pt; mso-ansi-language: EN-US">Е.
F., Handbook of hydraulics, 5 ed., N. Y., 1963; Levin L., L'hydrodyna-mique
et ses applications, P., 1963; Eck В.,
Technische Stromungslehre, 7 Aufl., В.,
1966. А. Д. Альтшуль.

<ГИДРАВЛИКА СООРУЖЕНИЙ, см.Инженерная
гидравлика.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я