Гидравлика. В 2 т. Т. 1. Основы механики жидкости (910,00 руб.)

Стр.4

Стр.537

Стр.538

Стр.539

Стр.540

УДК 532:627.8 ББК 30.123 З-91 Рецензенты: доктор технических наук, профессор Д.В. Штеренлихт, заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор Н.В. Ханов, профессор, кафедра гидравлики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»; кандидат технических наук Н.К. Пономарев, заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор Б.А. Животовский, профессор, кафедра гидравлики и гидротехнических сооружений, ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов»; доктор технических наук В.В. Беликов, начальник отдела численных гидравлических исследований ОАО «НИИЭС» З-91 Зуйков, Андрей Львович. Гидравлика : учебник : в 2 томах / А.Л. Зуйков ; М-во науки и высшего образования Росс. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 3-е изд., испр. — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2019— . ISBN 978-5-7264-1817-9 Т. 1 : Основы механики жидкости. 2019.— 544 с. ISBN 978-5-7264-1818-6 (т. 1) Изложен соответствующий государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования по направлению 08.03.01 Строительство материал курса «Основы механики жидкости», который охватывает первую из трех частей дисциплины «Гидравлика». Раскрыты основные законы равновесия и движения жидкостей. Для студентов всех уровней, форм и профилей подготовки в высших учебных заведениях по направлению 08.03.01 Строительство, а также аспирантов, инженерно-технических и научных работников в области гидравлики и механики жидкости. УДК 532:627.8 ББК 30.123 ISBN 978-5-7264-1818-6 (т. 1) ISBN 978-5-7264-1817-9 © Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2019, с исправлениями

Стр.4

ОГЛАВЛЕНИЕ 1. ЖИДКОСТИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА _________5 1.1. Предмет механики жидкости _______________________________5 1.2. Краткий исторический обзор _______________________________8 1.3. Основные физические свойства жидкостей ____________________9 1.4. Силы, действующие на жидкость ___________________________17 2. ГИДРОСТАТИКА____________________________________________19 2.1. Свойства гидростатического давления _______________________19 2.2. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера) ______________________________________21 2.3. Интегрирование дифференциальных уравнений гидростатики ___23 2.4. Поверхности равного давления _____________________________24 2.5. Основное уравнение гидростатики и его следствия ____________25 2.6. Пьезометрическая высота. Вакуум. Измерение давления _______31 2.7. Относительный покой жидкости ___________________________33 2.8. Давление жидкости на плоскости конечных размеров__________38 2.9. Давление жидкости на криволинейные поверхности ___________44 2.10. Напряжения в стенках труб круглого сечения. Котельная формула _____________________________________49 2.11. Плавание тел __________________________________________51 2.11.1. Закон Архимеда ____________________________________51 2.11.2. Метацентр и метацентрический радиус _________________55 2.11.3. Статическая остойчивость плавающих тел ______________58 3. КИНЕМАТИКА ЖИДКОСТИ __________________________________62 3.1. Методы описания движения жидкости ______________________62 3.2. Движение бесконечно малой частицы жидкости. Первая теорема Гельмгольца ______________________________65 3.3. Линии тока и элементарная струйка жидкости ________________72 3.4. Уравнение неразрывности (сплошности) в переменных Эйлера ____________________________________75 3.5. Уравнение неразрывности для элементарной струйки__________78 3.6. Уравнение неразрывности в переменных Лагранжа ___________80 3.7. Поток жидкости _________________________________________83 3.8. Безвихревое (потенциальное) движение _____________________86 3.8.1. Функция потенциала скорости _________________________86 3.8.2. Плоское потенциальное движение ______________________89 3.8.3. Формы плоских потенциальных течений ________________97 537

Стр.537

А.Л. Зуйков. Гидравлика. Т. 1. Основы механики жидкости 3.9. Вихревое движение _____________________________________110 3.9.1. Основные понятия __________________________________111 3.9.2. Вторая теорема Гельмгольца__________________________112 3.9.3. Циркуляция скорости. Теорема Стокса _________________114 3.9.4. Винтовое течение___________________________________115 4. ДИНАМИКА НЕВЯЗКОЙ (ИДЕАЛЬНОЙ) ЖИДКОСТИ ___________120 4.1. Дифференциальные уравнения движения невязкой жидкости в переменных Эйлера ___________________120 4.2. Дифференциальные уравнения движения невязкой жидкости в переменных Лагранжа ________________124 4.3. Преобразование Громеки ________________________________130 4.4. Уравнения Гельмгольца для движения невязкой жидкости ____132 4.5. Уравнение Бернулли для невязкой жидкости________________134 4.5.1. Вывод и области действительности уравнения Бернулли___134 4.5.2. Интерпретация уравнения Бернулли___________________138 4.5.3. Уравнение Бернулли для неустановившегося движения ___141 4.6. Основы теории поверхностных гравитационных волн _________145 4.6.1. Классификация волн и терминология __________________145 4.6.2. Описание гравитационных волн в переменных Эйлера ____149 4.6.3. Описание прогрессивных волн в переменных Лагранжа ___172 4.6.4. Групповая скорость волн_____________________________188 4.6.5. Разрушение волн на «мелководье»_____________________192 4.6.6. Энергия волн ______________________________________194 5. ДИНАМИКА ЛАМИНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ ______________________197 5.1. Два режима движения вязкой (реальной) жидкости __________197 5.2. Уравнения движения вязкой жидкости в компонентах напряжений ______________________________202 5.3. Тензор вязких напряжений ______________________________206 5.4. Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье—Стокса)______________________________211 5.5. Уравнения Громеки—Стокса ____________________________216 5.6. Уравнения Гельмгольца для движения вязкой жидкости ______217 5.7. Интеграл Бернулли для вязкой жидкости. Диссипация механической энергии ________________________220 5.7.1. Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости в установившемся потоке ___________220 5.7.2. Интерпретация уравнения Бернулли___________________222 5.7.3. Уравнение Бернулли для неустановившегося движения вязкой несжимаемой жидкости _______________________224 5.7.4. Установившееся плавно изменяющееся движение ________227 538

Стр.538

Оглавление 5.7.5. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости______229 5.8. Равномерные ламинарные течения ________________________234 5.8.1. Ламинарное течение в круглой трубе___________________234 5.8.2. Ламинарное течение в слое на наклонной плоскости ______244 5.9. Установившееся неравномерное ламинарное течение на начальном участке круглой трубы ______________________253 6. ДИНАМИКА ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ_____________________271 6.1. Турбулентность ________________________________________271 6.2. Уравнения Рейнольдса __________________________________275 6.3. Уравнения Тейлора _____________________________________282 6.4. Уравнения Гельмгольца при турбулентном движении жидкости ____________________________________284 6.5. Уравнение Бернулли для турбулентного неустановившегося движения вязкой несжимаемой жидкости __________________286 6.6. Полуэмпирические теории турбулентности__________________290 6.6.1. Гипотеза Буссинеска ________________________________291 6.6.2. Гипотеза Прандтля _________________________________294 6.6.3. Гипотеза Кармана __________________________________298 6.6.4. Гипотеза Тейлора___________________________________300 6.7. Равномерные турбулентные течения _______________________310 6.7.1. Турбулентное течение в круглой трубе__________________310 6.7.2. Турбулентное течение в слое на наклонной плоскости _____332 6.8. Одномерные течения. Законы сохранения___________________348 7. ОБТЕКАНИЕ ТЕЛ И ТЕОРИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ___________354 7.1. Силы, действующие на обтекаемое тело_____________________354 7.2. Внешняя задача обтекания тел плоским потенциальным потоком ________________________________364 7.2.1. Функции комплексного переменного___________________364 7.2.2. Примеры плоских потенциальных течений _____________369 7.2.3. Формулы Чаплыгина для главного вектора и главного момента сил давления на обтекаемое тело _____382 7.2.4. Метод конформных отображений______________________388 7.2.5. Обтекание эллипса и пластины________________________397 7.2.6. Крыловые профили Жуковского—Чаплыгина __________408 7.2.7. Кавитационное обтекание тел_________________________414 7.2.8. Обтекание тел в условиях неустановившегося движения___421 7.3. Теория пограничного слоя _______________________________427 7.3.1. Особенности течения жидкости в пограничном слое_______427 7.3.2. Уравнения движения жидкости в ламинарном пограничном слое (уравнения Прандтля) _______________429 539

Стр.539

А.Л. Зуйков. Гидравлика. Т. 1. Основы механики жидкости 7.3.3. Уравнения Мизеса и Крокко__________________________435 7.3.4. Задачи расчета и примеры решения уравнений ламинарного пограничного слоя_______________________439 7.3.5. Интегральное соотношение ламинарного пограничного слоя__________________________________452 7.3.6. Отрыв пограничного слоя ____________________________458 7.3.7. Структура и уравнения турбулентного пограничного слоя__________________________________462 7.3.8. Расчет турбулентного пограничного слоя _______________464 8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХЯВЛЕНИЙ ____________476 8.1. Виды моделирования____________________________________476 8.2. Численное моделирование гидродинамических задач _______________________________478 8.2.1. Численное решение уравнений Навье —Стокса __________479 8.2.2. Численное моделирование турбулентных течений ________484 8.2.3. Основные лицензированные программные комплексы ____487 8.3. Гидравлическое (физическое) моделирование________________491 8.3.1. Гидромеханическое подобие __________________________492 8.3.2. Инспекционный анализ дифференциальных уравнений ___495 8.3.3. Автомодельность ___________________________________500 8.3.4. Метод анализа размерностей (-теорема) ________________502 8.4. Средства измерений гидравлических характеристик __________506 8.4.1. Средства измерения давлений и уровней воды ___________506 8.4.2. Средства измерения скоростей потока __________________510 8.4.3. Средства измерения расхода потока____________________519 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК _____________________________530 ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ _______________________531 ТЕРМИНЫ__________________________________________________532

Стр.540