Гидравлика - Hydraulics

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Гидравлика и другие исследования
Открытый канал с одинаковой глубиной. Открытая гидравлика работает с однородными и неоднородными потоками.
Иллюстрация гидравлики и гидростатики.

Гидравлика (от греч . Υδραυλική) - это технология и прикладная наука, использующая инженерию , химию и другие науки, связанные с механическими свойствами и использованием жидкостей . На самом базовом уровне гидравлика - это жидкостный аналог пневматики , которая касается газов . Механика жидкостей обеспечивает теоретическую основу гидравлики, в которой основное внимание уделяется прикладной технике с использованием свойств жидкостей. В гидравлических системах гидравлическая система используется для генерации, управления и передачи энергии с помощью жидкостей под давлением . Гидравлические темы охватывают некоторые разделы науки и большинство инженерных модулей и охватывают такие концепции, как поток в трубопроводе , конструкция плотины , гидросистема и схемы управления текучей средой. Принципы гидравлики естественным образом используются в организме человека в сосудистой системе и эректильной ткани. Гидравлика со свободной поверхностью - это отрасль гидравлики, имеющая дело со свободным поверхностным потоком, например, в реках , каналах , озерах , эстуариях и морях . Его подпол поток открытого канала исследование поток в открытых каналах .

Слово «гидравлика» происходит от греческого слова ὑδραυλικός ( hydraulikos ), которое, в свою очередь, происходит от ὕδωρ ( гидор , по-гречески вода ) и αὐλός ( авлос , что означает труба ).

История

Древние и средневековые эпохи

Водяные колеса.

Раннее использование гидроэнергии восходит к Месопотамии и древнему Египту , где орошение использовалось с 6-го тысячелетия до нашей эры, а водяные часы - с начала 2-го тысячелетия до нашей эры. Другие ранние примеры воды власти включают Qanat систему в древней Персии и систему Turpan воды в древней Центральной Азии.

Персидская империя

В Персидской империи , то персы построили сложную систему водяных мельниц, каналов и плотин , известные как Шуштар Historical гидросистема . Проект, начатый царем Ахеменидов Дарием Великим и завершенный группой римских инженеров, захвачен Сасанидским царем Шапуром I , был назван ЮНЕСКО «шедевром творческого гения». Они также были изобретателями Каната, подземного акведука. Некоторые из больших древних садов Ирана были орошены благодаря канатам.

Самые ранние свидетельства существования водяных колес и водяных мельниц относятся к древнему Ближнему Востоку в 4 веке до нашей эры, в частности, в Персидской империи до 350 года до нашей эры, в регионах Ирака , Ирана и Египта .

Китай

В древнем Китае были Суншу Ао (VI век до н.э.), Симэнь Бао (V век до нашей эры), Ду Ши (около 31 года нашей эры), Чжан Хэн (78 - 139 н.э.) и Ма Цзюнь (200 - 265 н.э.), в то время как средневековье В Китае были Су Сун (1020–1101 гг.) И Шен Го (1031–1095). Д Ши использовал водяное колесо для питания сильфонов из в доменной печи производства чугуна . Чжан Хэн был первым, кто применил гидравлику, чтобы обеспечить движущую силу при вращении армиллярной сферы для астрономических наблюдений .

Шри-Ланка

Ров и сады в Сигирии .

В древней Шри-Ланке гидравлика широко использовалась в древних королевствах Анурадхапура и Полоннарува . Открытие принципа клапанной башни или клапанной ямы (Bisokotuwa на сингальском языке) для регулирования утечки воды приписывают изобретательности более 2000 лет назад. К первому веку нашей эры было завершено несколько крупных ирригационных работ. Макро- и микрогидравлика для удовлетворения домашних садоводческих и сельскохозяйственных нужд, поверхностного дренажа и борьбы с эрозией, декоративные и рекреационные водотоки и подпорные конструкции, а также системы охлаждения были установлены в Сигирии , Шри-Ланка. Коралл на массивной скале на участке включает цистерны для сбора воды. Крупные древние водоемы Шри-Ланки - Калавава (король Дхатусена), Паракрама Самудра (король Паракрама Баху), Тиса Вева (король Дутугамуну), Миннерия (король Махасен).

Греко-римский мир

В Древней Греции греки построили сложные системы водоснабжения и гидроэнергетики. Примером может служить строительство Евпалиносом по государственному контракту водного канала для Самоса , туннеля Евпалиноса . Ранним примером использования гидравлического колеса, вероятно, самого раннего в Европе, является колесо Перахора (3 век до н.э.).

В греко-римском Египте примечательным является создание первых автоматов с гидравлическими машинами Ктесибием (процветание около 270 г. до н.э.) и героем Александрии (около 10–80 гг. Н.э.). Герой описывает несколько рабочих машин, использующих гидравлическую энергию, таких как силовой насос , который, как известно из многих римских памятников, использовался для подъема воды и в пожарных машинах.

Акведук Сеговии , шедевр I века нашей эры.

В Римской империи были разработаны различные гидравлические системы, включая водоснабжение, бесчисленные акведуки , энергию с использованием водяных мельниц и гидравлическую добычу полезных ископаемых . Они были одними из первых, кто использовал сифон для переноса воды через долины, а также применили замалчивание в больших масштабах для разведки, а затем и для добычи металлических руд . Они широко использовали свинец в сантехнических системах для бытовых и общественных нужд, таких как подпитка парилки .

Гидравлическая добыча использовалась на золотых приисках северной Испании, завоеванной Августом в 25 г. до н.э. Аллювиальных золотой рудник в Лас Medulas был один из самых крупных своих шахт. По крайней мере, семь длинных акведуков работали на нем, и водные потоки использовались для размывания мягких отложений, а затем для промывки хвостов на предмет ценного содержания золота.

Арабско-исламский мир

В мусульманском мире во время Золотого века ислама и арабской сельскохозяйственной революции (VIII – XIII вв.) Инженеры широко использовали гидроэнергетику, а также раннее использование приливной энергии и крупных гидравлических заводских комплексов. Разнообразие водных питанием промышленных мельниц использовались в исламском мире, в том числе Фуллинг мельницах, gristmills , бумажные фабрики , hullers , лесопилки , судовых мельниц , штемпеля мельниц , сталелитейных заводов , сахарных заводов , а также приливных мельницах . К XI веку в каждой провинции исламского мира были действующие промышленные предприятия, от Аль-Андалуса и Северной Африки до Ближнего Востока и Центральной Азии . Мусульманские инженеры также использовали водяные турбины , зубчатые передачи в водяных мельницах и водоподъемных машинах, а также первыми использовали плотины в качестве источника гидроэнергии, используемой для обеспечения дополнительной энергии водяным мельницам и водоподъемным машинам.

Аль-Джазари (1136–1206) описал конструкции для 50 устройств, многие из которых приводятся в действие водой, в своей книге «Книга знаний об изобретательных механических устройствах» , включая водяные часы, устройство для подачи вина и пять устройств для подъема воды. из рек или бассейнов. К ним относятся бесконечная лента с прикрепленными кувшинами и возвратно-поступательное устройство с откидными клапанами.

Самыми ранними программируемыми машинами были устройства с водным приводом, разработанные в мусульманском мире. Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматизированный флейтист с водным приводом , изобретенный братьями Бану Муса и описанный в их Книге изобретательных устройств в 9 веке. В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботы, работающие на воде . Он описал четырех музыкантов- автоматов , включая барабанщиков, управляемых программируемой драм-машиной , где их можно было заставить играть разные ритмы и разные паттерны ударных. Часы замок , гидро питанием механические астрономические часы изобретен Al-Джазари, был первым программируемым аналоговым компьютером .

Современная эпоха (ок. 1600 - 1870)

Бенедетто Кастелли

В 1619 году Бенедетто Кастелли , ученик Галилео Галилея , опубликовал книгу Della Misura dell'Acque Correnti, или «Об измерении проточной воды», одну из основ современной гидродинамики. Он служил главным консультантом Папы по гидравлическим проектам, то есть управлению реками в Папской области, начиная с 1626 года.

Блез Паскаль

Блез Паскаль (1623–1662) изучал гидродинамику и гидростатику жидкостей, основываясь на принципах гидравлических жидкостей. Его открытие теории гидравлики привело к его изобретению гидравлического пресса , который умножал меньшую силу, действующую на меньшую площадь, на приложение большей силы, суммированной на большую площадь, передаваемой через то же давление (или точное изменение давления ) в обоих местах. Закон или принцип Паскаля гласит, что для несжимаемой жидкости в состоянии покоя разница в давлении пропорциональна разнице в высоте, и эта разница остается неизменной независимо от того, изменяется ли общее давление жидкости под действием внешней силы. Это означает, что при увеличении давления в любой точке замкнутой жидкости происходит равное увеличение на всех других концах контейнера, то есть любое изменение давления, приложенного в любой точке жидкости, передается в жидкости в неизменном виде.

Жан Леонар Мари Пуазей

Французский врач Пуазей (1797–1869) исследовал кровоток в организме и открыл важный закон, регулирующий скорость потока в зависимости от диаметра трубки, в которой происходит кровоток.

В Великобритании

В нескольких городах в 19 ​​веке были созданы общегородские гидравлические сети для управления таким оборудованием, как лифты, краны, шпили и тому подобное. Джозеф Брама (1748–1814) был одним из первых новаторов, а Уильям Армстронг (1810–1900) усовершенствовал устройство для передачи энергии в промышленных масштабах. В Лондоне « Лондонская гидравлическая энергетическая компания» была основным поставщиком труб, обслуживающих большие части лондонского Вест-Энда , Сити и доки , но существовали схемы, ограниченные отдельными предприятиями, такими как доки и железнодорожные станции .

Гидравлические модели

После того, как учащиеся поймут основные принципы гидравлики, некоторые учителя используют аналогию с гидравликой, чтобы помочь учащимся изучить другие вещи. Например:

  • MONIAC Компьютер использует воду , протекающая через гидравлические компоненты для студентов помогают узнать об экономике.
  • В термогидравлической аналогии используются гидравлические принципы, чтобы помочь студентам узнать о тепловых контурах.
  • Электронно- гидравлическая аналогия использует гидравлические принципы, чтобы помочь студентам узнать об электронике.

Требование сохранения массы в сочетании со сжимаемостью жидкости дает фундаментальную взаимосвязь между давлением, потоком жидкости и объемным расширением, как показано ниже:

Предполагая несжимаемую жидкость или «очень большое» отношение сжимаемости к объему содержащейся жидкости, конечная скорость повышения давления требует, чтобы любой чистый поток в собранный объем жидкости приводил к изменению объема.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

  • Рашид, Рушди; Морелон, Режис (1996), Энциклопедия истории арабской науки , Лондон: Routledge, ISBN   978-0-415-12410-2 .

Внешние ссылки