Предисловие

Учебник „Гидравлика“ выходит вторым, исправленным и дополненный изданием. Введены следующие новые темы: сложный водопровод, движение смеси по грунтопроводу, канализационные трубы, перепады и другие.

Учебник составлен в соответствии с утверждёнными программами для гидротехнического и дноуглубительного отделений мореходных училищ Министерства морского флота. Изучение специальных дисциплин проходит на базе гидравлики, без знания которой немыслимо их понимание и усвоение.

Книга построена так, что наряду с достаточно полным освещением общетеоретических вопросов в ней уделено особое внимание практической стороне дела, относящейся к волнению воды, движению жидкости по разного рода трубам, к движению грунтовых вод, водосливам и т. п.

Весь материал даётся в элементарной форме, с приведением примеров, относящихся преимущественно к производству. С этой целью при изложении некоторых тем сделаны к ним вступления, имеющие косвенное отношение к гидравлике, но являющиеся необходимыми предпосылками для лучшего усвоения и понимания этих тем. Указанные вступления имеют место при выводе уравнения Бернулли — кардинального закона гидравлики, затем при рассмотрении движения жидкости по канализационным трубам, грунтоотводу и т. п.

Однако, принимая во внимание, что на гидротехническом и дноуглубительном отделениях предусматривается изучение основ высшей математики, при трактовке и рассмотрении вопросов не исключалось в некоторых случаях и её применение, что, несомненно, служило лучшему и более полному освещению этих вопросов. Кроме того, этим имелось в виду способствовать освоению учащимися элементов высшей математики, являющейся важнейшим средством для более широкого понимания науки гидравлики.

Для более детального ознакомления с предметом гидравлики в учебник введены уравнения Эйлера как исходное начало для изучения всех основных положений и принципов этой науки. В соответствии с программой вывод уравнения Эйлера приведен в конце курса, в виде самостоятельного раздела, не связанного прямо с предыдущими темами, причём изложение его сделано в сжатом и простом виде.

Выпускаемый курс является не только учебником для мореходных училищ, но может служить руководством для высших мореходных училищ, а также пособием для инженерно-технического состава, работающего на производстве.

Предисловие
Введение
1. Гидравлика и её производственное значение
2. Деление предмета гидравлики
3. Совершенная (идеальная) жидкость и её свойства
4. Основные понятия: масса, плотность, удельный вес в удельный объём
5. Физические свойства жидкого тела: вязкость, сцепление, поверхностное натяжение и смачивание
6. Реальные жидкости и их деление. Сходство и отличие их от идеальной. Вода

Часть I. Гидростатика

Раздел I. Внутренние силы в жидкостях и гидростатическое давление
1. Давление на элементарную площадку
2. Определение и величина гидростатического давления
3. Неизменность гидростатического давления в данной точке по всем направлениям

Раздел II. Сущность гидростатического давления и причина его возникновения. Свойства гидростатического давления
1. Вывод основного уравнения гидростатики
2. Пьезометры и манометры
3. Закон Паскаля
4. Гидростатический парадокс
5. Сообщающиеся сосуды
6. Поверхность уровня
7. Понятие о напоре

Раздел III. Давление на плоские стенки прямоугольного очертания
1. Понятие о статическом моменте и моменте инерции
2. Вертикальная плоская стенка
3. Интегральная кривая гидростатического давления
4. Наклонная стенка
5. Стенки сложных профилей

Раздел IV. Давление на плоские фигуры любого очертания
Величина и центр давления

Раздел V. Давление жидкости на криволинейные поверхности
1. Случаи криволинейных стенок
2. Цилиндрические стенки больших размеров
3. Цилиндрические стенки малых размеров
4. Криволинейные стенки (поверхности) нецилиндрического вида

Раздел VI. Давление жидкости на погружённое в неё тело
1. Закон Архимеда
2. Плавание тел. Устойчивое и неустойчивое равновесие. Центр давления. Метацентр. Метацентрическая высота и метацентрический радиус. Признаки равновесия
3. Остойчивость судна. Плечо остойчивости. Восстанавливающий момент. Условия остойчивости. Понятие об остойчивости плавучих доков

Часть II. Гидродинамика

Раздел I. Общий характер движения жидкостей
1. Элементы и виды движения
2. Понятие о траектории, линии тока, струйке и жёсткой трубке
3. Ламинарное (струйчатое) движение
4. Понятие о медленно изменяющемся движении и определение живого сечения
5. Понятие о расходе и средней скорости потока при струйчатом движении
6. Турбулентное, или беспорядочное, движение
7. Понятие об осреднённой скорости
8. Опыты Рейнолдса. Критическая скорость. Критерий Рейнолдса. Критическое число Рейнолдса
9. Вихревое движение

Раздел II. Уравнение Д. Бернулли
1. Понятие о неразрывности массы и непрерывности движения
2. Понятие об инерции и ускорении
3. Понятие о массе
4. Понятие о работе и энергии
5. Вывод уравнения Бернулли для струйки идеальной жидкости
6. Физическое значение уравнения Бернулли
7. Геометрическое объяснение уравнения Бернулли
8. Гидравлическое объяснение уравнения Бернулли
9. Понятие о пьезометрическом уклоне
10. Уравнение Бернулли для струйки реальной жидкости
11. Понятие о гидравлическом уклоне
12. Уравнение Бернулли для всего потока реальной жидкости
13. Примеры применения уравнения Бернулли

Раздел III. Равномерное движение жидкостей
1. Сопротивление при движении жидкостей
2. Распределение скоростей по живому сечению. Ламинарное движение
3. Закон Стокса
4. Турбулентное движение
5. Изотахи
6. Гидравлические элементы потока
7. Вывод уравнения равномерного движения
8. Значение коэффициента C
9. Выбор формул
10. Коэффициенты скорости и расхода

Раздел IV. Равномерное движение в открытых потоках
1. Условия, определяющие равномерное движение. Каналы
2. Распределение скорости по живому сечению каналов
3. Допустимые скорости
4. Гидравлически наивыгоднейшее сечение
5. Каналы сложного сечения
6. Естественные потоки
7. Примеры на равномерное движение

Раздел V. Местные сопротивления
1. Определение и виды местных сопротивлений
2. Формула Вейсбаха

Раздел VI. Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке
1. Малые отверстия
2. Истечение через большие отверстия в тонкой стенке
3. Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при изменяющемся горизонте
4. Наполнение и опорожнение камер шлюзов
5. Истечение под уровень

Раздел VII. Истечение через насадки
1. Определение насадок
2. Цилиндрические насадки
3. Коноидальные насадки
4. Конические насадки
5. Практическое применение насадок

Раздел VIII. Равномерное движение по трубам
1. Деление труб па напорные и безнапорные
2. Формулы для расчёта труб
3. Основные положения при гидравлическом расчёте трубопроводов и водоводов и пользование формулами
4. Простой водопровод
5. Сифон
6. Дюкер
7. Эквивалентный водопровод. Правило Дюпюи
8. Непрерывный расход по пути водопровода
9. Сложный водопровод
а) Разомкнутая или тупиковая сеть
б) Кольцевая, или замкнутая, сеть
в) Задача о трёх резервуарах
10. Движение жидкости в грунтопроводе
а) Определение и виды грунтопроводов
б) Всасывающая труба
в) Напорный грунтоотвод (нагнетательная труба)
11. Движение жидкости в канализационных трубах
а) Понятие о канализации и об видах, о расчётном расходе и способах его нахождения
б) Канализационные трубы, гидравлическая характеристика и поперечные сечения
г) Гидравлический расчёт канализационных труб
12. Движение вязких жидкостей

Раздел IX. Водосливы
1. Определение и виды водосливов
2. Виды струй
3. Формулы расхода через водосливы
A. Основная формула
Б. О подходной скорости
B. Водосливы с Тонкой стенкой
а) Незатопленный водослив со свободной струей (водослив Базена)
б) Затопленный водослив с тонкой стенкой
Г. Водосливы с широким порогом
Незатопленный водослив
Д. Затопленный водослив с широким порогом
Е. Влияние сжатия в водосливах
Ж. Водосливы практических профилей
а) Незатопленные водосливы
б) Затопленные водосливы
З. Треугольный водослив
И. Трапецоидальпый водослив с тонкой стенкой
К. Водослив с толстой стенкой
Л. Примеры расчёта плотин
М. Расчёт отверстий малых мостов

Раздел X. Движение воды в, грунтах
1. Опыт и формула Дарси
2. Формула Газена
3. Формула Слихтера
4. Движение фильтрационной воды под напорными гидросооружениями
A. Метод Блея
Б. Метод Лена
B. Понятие о гидродинамической сетке и о методе ЭГДА

Раздел XI. Удар струй
1. Определение удара
2. Прямой удар
3. Косой удар
4. Удар о движущуюся стенку
5. Удар о неплоскую преграду

Раздел XII. Неравномерное движение в открытых руслах
1. Определение и виды неравномерного движения
2. Вывод уравнения неравномерного движения
3. Анализ уравнения неравномерного движения
4. Определение кривых подпора и спада в каналах
Способ I
Способ II
Способ III
Способ Бахметева
Способ академика Павловского H.Н
5. Определение кривой подпора в естественных руслах (реках)
A. Прямоугольное широкое русло
Б. Параболическое русло
B. Приближённый способ Поаре
6. Гидравлический прыжок
7. Сопряжение ниспадающей водосливной струи с нижним горизонтом воды (с нижним бьефом)
8. Сопряжение при истечении из-под щита
9. Расчёт водобойных колодцев и стенок
A. Водобойный колодец
Б. Водобойная стенка
B. Перепады

Раздел XIII. Волны, их образование и действие
1. Причины появления волн и виды волн
2. Элементы волны
3. Понятие о теории волнения
A. Волнение на большой глубине
Б. Волнение на малой глубине
B. Критическая глубина. Разбитая волна
4. Действие волны на преграду и способы определения его
A. Способ Сенфлю
Б. Способ проф. Джунковского для вертикальной стенки
B. Способ Хирои
Г. Способ проф. Джунковского для наклонной стенки
5. Волнение при гидравлическом ударе

Раздел XIV. Основные уравнения гидравлики Л. Эйлера
А. Уравнения гидростатики
Б. Уравнения гидродинамики

Приложения

Таблица I. Значения h = V²/2g м (скоростной напор)
Таблица II. Значения квадратных корней из величин уклонов i
Таблица III. Значения квадратных корней из величин гидравлических радиусов R
Таблица IV для построения кривых подпора
Таблица V для построения кривых свободной поверхности при неравномерном движении для η > 1
Таблица VI для построения кривых свободной поверхности при неравномерном движении для η < 1
Таблица VII для построения кривых подпора
Таблица VIII для построения кривых спада
Таблица IX проф. Бахметева для x = 2,0
Таблица X проф. Бахметева для x = 2,5
Таблица XI проф. Бахметева для x = 3,0
Таблица XII проф. Бахметева для x = 3,25
Таблица XIII проф. Бахметева для x = 3,5
Таблица XIV проф. Бахметева для x = 3,75
Таблица XV проф. Бахметева для x = 4,0
Таблица XVI проф. Бахметева для x = 4,5
Таблица XVII проф. Бахметева для x = 5,0
Таблица XVIII проф. Бахметева для x = 5,50
Таблица XVIII а к способу академика Павловского
Таблица XIX. Значения коэффициента C но формуле Базена
Таблица XX. Значения коэффициента C по формуле Гангилье-Куттера
Таблица XXI для расчёта круглых канализационных труб
Таблица XXII Бюзинга для расчёта овоидальных канализационных труб
Таблица XXIII академика Павловского для расчёта круглых канализационных труб по формуле Маннинга
Таблица XXIV. Значения Kn и Wn для круглых труб
Таблица XXV. Значения Kn и Wn для овоидальных труб
Таблица XXVI. Значения Kn и Sn для лоткового профиля
Таблица XXVII. Гиперболические функции
Таблица XXVIII. Значение коэффициента вязкости η для нефтяных продуктов
Буквы греческого алфавита и их названия, встречающиеся в книге
График 1. Номограмма для формулы Базена
График 2
График 3
График 4
График 5
Литература