Предмет и метод механики жидкости и газа
Механика жидкости и газа – техническая прикладная наука, изучающая законы, которым подчиняется жидкость и газ в состоянии покоя, движения и взаимодействия с твердыми телами, а также методы использования этих законов в инженерной практике. Предметом механики жидкости и газа является физическое тело, при приложении к которому достаточно малых сил происходит достаточно большое изменение относительного положения его элементов. Такое тело называют жидким или жидкостью, а основным его свойством является текучесть. В общем случае жидкость – это непрерывная среда, способная неограниченно изменять свою форму под действием незначительных сил. В механике жидкости и газа рассматривают два типа жидкостей: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные). С точки зрения физического строения капельные жидкости существенно отличаются от газов. С позиций механики различие между ними зачастую невелико. В случае, когда сжимаемостью газа можно пренебречь, законы, справедливые для капельных жидкостей, можно применять и для газов. Капельные жидкости имеют ряд особенностей: – в малом количестве под воздействием сил поверхностного натяжения стремятся принять сферическую форму; – обладают текучестью, поэтому принимают форму сосуда, в котором располагаются; – незначительно изменяют свой объем при изменении температуры и под действием сжимающих сил. В отличие от капельных жидкостей газы существенно уменьшаются в объеме под действием давления и практически неограниченно расширяться при его отсутствии. Для исключения путаницы в дальнейшем под термином «жидкость» будем понимать капельную жидкость, а под термином «газ» – вещество в газообразном состоянии (сжимаемую жидкость). Историческое развитие механики жидкости и газа шло двумя различными путями. Первый путь – теоретический. На основе фундаментальных законов механики с помощью математического аппарата описывалось движение жидкости и газа, процессы, происходящие в различных гидравлических и пневматических устройствах. Этот путь привел к созданию теоретической гидромеханики и аэродинамики. Долгое время эти научные дисциплины не были связаны с экспериментальными исследованиями и инженерной практикой. Второй путь – путь экспериментальных исследований, накопления и обработки результатов этих исследований для решения практических инженерных задач. Этот путь привел к созданию гидравлики и пневматики. Примерно во второй половине XIX века начинается постепенное сближение и объединение этих научных дисциплин в механику жидкости игаза. В настоящее время в механике жидкости и газа, как и в ряде других наук, широко используется следующий метод. Вначале разрабатывается математическая модель объекта, т.е. посредством математических символов и зависимостей на основе фундаментальных законов физики составляется описание функционирования объекта в окружающей внешней среде. Модель позволяет определить выходные параметры и характеристики, получить оценку показателей эффективности и качества, осуществить поиск оптимальной структуры и параметров объекта. Применение математического моделирования во многих случаях позволяет отказаться от физического моделирования, значительно сократить объемы экспериментальных исследований и доводочных работ, обеспечить создание объектов с высокими показателями эффективности и качества. Затем создается опытный образец устройства и проводятся его испытания. Результаты математического моделирования сравнивают с опытными данными, уточняют и дополняют математическую модель для дальнейшего практического использования. Вместе с тем, в некоторых случаях из-за большой сложности явлений и процессов, трудно поддающихся математическому моделированию, прибегают только к экспериментальным исследованиям. Полученные результаты обрабатывают с помощью современных методов и представляют в виде эмпирических зависимостей. Современная механика жидкости и газа позволяет рассчитать и спроектировать разнообразные гидро- и пневмотехнические системы зданий и сооружений: каналы, водосливы, трубопроводы для подачи различных жидкостей и газов, системы вентиляции.
|
