Презентация по физике "История развития гидравлики, пневматики и термодинамики"

Гидравлика (др.-греч — водяной, от ὕδωρ хюдор  — вода + αὐλός  аулос — «трубка») — прикладная наука  ,изучающая  законы движения  и равновесии жидкостей  и разрабатывающая способы применения  этих законов к решению задач инженерной практики.

Гидравлика, как прикладная наука, применяется для решения различных инженерных задач в области:

водоснабжения и водоотведения (канализации);

транспортировка веществ по трубопроводу: газ, нефть и т. п.;

строительства различных гидротехнических сооружений, водозаборных сооружений;

конструирования различных устройств, машин, механизмов:

насосов;

компрессоров;

демпферов;

амортизаторов;

гидравлических прессов;

гидравлических приводов и пр.;

Пневма́тика (от греч. πνεῦμα — дыхание, дуновение, дух) — наука, изучающая равновесие и движение газов, а также посвящённый механизмам и устройствам использующим разность давления газа для своей работы. Технически пневматика близка к гидравлике. Используется при расчетах различных устройств.

Термодина́мика (греч. θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила») — наука, изучающая соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.

Теплотехника — общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивные особенности тепло- и парогенераторов, тепловых машин, агрегатов и устройств. Основу теплотехники составляют термодинамика и теория тепломассообмена.

лекция 1 Предмет гидравлики, пневматики и термодинамики. Краткий исторический обзор и современный уровень развития .

ГИДРАВЛИКА

Гидравлика (др.-греч — водяной, от ὕδωρ хюдор — вода + αὐλός аулос — «трубка») — прикладная наука ,изучающая законы движения и равновесии жидкостей и разрабатывающая способы применения этих законов к решению задач инженерной практики.

Гидравлика , как прикладная наука, применяется для решения различных инженерных задач в области:

• водоснабжения и водоотведения (канализации);
• транспортировка веществ по трубопроводу: газ, нефть и т. п.;
• строительства различных гидротехнических сооружений, водозаборных сооружений;
• конструирования различных устройств, машин, механизмов:
• насосов;
• компрессоров;
• демпферов;
• амортизаторов;
• гидравлических прессов;
• гидравлических приводов и пр.;

водоснабжение и водоотведение

гидравлический привод

насос

компрессор

демпфер

ГИДРАВЛИКА

транспортировка веществ по трубопроводу

Строительство гидротехнических сооружений

гидравлический пресс

Пневматика ( аэродинамика)

• Пневма́тика (от греч. πνεῦμα — дыхание, дуновение, дух) — наука, изучающая равновесие и движение газов, а также посвящённый механизмам и устройствам использующим разность давления газа для своей работы. Технически пневматика близка к гидравлике. Используется при расчетах различных устройств

12/22/16

Летательные аппараты

вентилятор

газопровод

пневматика

Сушильная установка

компрессор

Газоочистные аппараты

12/22/16

Термодинамика

Термодина́мика (греч. θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила») — наука, изучающая соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.

Теплотехника — общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивные особенности тепло- и парогенераторов, тепловых машин, агрегатов и устройств. Основу теплотехники составляют термодинамика и теория тепломассообмена.

Холодильные установки

Паровая машина

теплотехника

Теплообменники

Котельные установки

12/22/16

Краткий исторический обзор и современный уровень развития гидравлики

• Гидравлика – одна из древнейших наук. Уже за несколько тысяч лет до нашей эры в Египте, Индии, Китае строились плотины, оросительные каналы, первые механизмы, использовавшие энергию воды. Все это требовало не только искусства строителей, но и решения задач прочности сооружений, простейших расчетов динамики жидкости.
• Многие выдающиеся ученые внесли свой вклад в изучение законов статики и динамики жидкости и газов. Каждый этап развития цивилизации сопровождался открытием новых законов, отражая новые потребности науки и техники.

Гидравлика зародилась в Древней Греции

Первый научный труд по гидравлике – работа Архимеда « О плавающих телах»

Пусты и полны заблуждений те науки, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности, и не завершаются в наглядном опыте…

В конце ХV Леонардо да Винчи (1452-1519 гг) написал труд « О движении воды в речных сооружениях». « О движении и измерении воды» Он первым установил понятие сопротивления движению твердых тел в жидкостях и газах и положил начало экспериментальной гидравлики Среди его работ- работа по теории гидравлического пресса, истечение жидкости через отверстия и водосливы. Обосновал основные законы плавания тел  

12/22/16

• Список изобретений, как реальных, так и приписываемых ему:
• Парашют
• Колесцовый замок
• Велосипед
• Танк
• Лёгкие переносные мосты для армии
• Прожектор
• Катапульта
• Робот
• Двухлинзовый телескоп

12/22/16

В 1612 году появился трактат Галилео Галилея (1564-1642 гг) « Рассуждения о телах , пребывающих в воде и тех, которые в ней движутся» . Итальянский физик, математик и астроном, устанавливает зависимость величины гидростатического сопротивления от плотности среды и скорости потока жидкости.

В 1641 Торричелли сформулировал закон вытекания жидкости из отверстий в стенке открытого сосуда и вывел формулу для определения скорости вытекания (формула Торричелли). Фактически это исследование заложило основу теоретического фундамента гидравлики, построение которого сто лет спустя завершил Даниил Бернулли.

1663г- Блез Паскаль опубликовал Закон о передаче внешнего давления в жидкости. Этот закон до настоящего времени служит основанием для конструирования гидравлических машин ( пресс, тормоз )

в 1687 году Исаак Ньютон (1643-1727 ) предложил

гипотезу ( теорию) внутреннего трения в движущейся жидкости.

Основоположники гидравлики как науки-члены Петербургской академии наук

Великий русский ученый М.В.Ломоносов (1711-1765) опубликовал ряд работ по гидравлике

« Рассуждения о твердости и жидкости тела», открыл и обосновал закон сохранения массы и энергии.

Леонард Эйлер первым дал ясное определение понятия движения жидкости и, пользуясь им, в 1755 г. вывел основные уравнения движения некоторой воображаемой жидкости, лишенной трения, так называемой идеальной жидкости. Эти уравнения впоследствии были названы его именем. Эйлер раскрыл природу взаимодействия твердого тела с натекающей на него жидкостью - изменяя направление движения, жидкость обтекает твердое тело вдоль его поверхности, оказывая давление лишь в точках соприкосновения с этим телом. Эйлера возникла родственная гидравлике наука - гидромеханика ( механика жидкостей), изучающая законы движения жидкостей методами математического анализа.

В 1755 году публикуются «Общие принципы движения жидкостей

12/22/16

1738 год- Даниил Бернулли опубликовал труд « Гидродинамика», вывел Закон Бернулли , который является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости . Этот закон основополагающий в практических расчетах по гидравлике.

12/22/16

XIX век. Развитие техники потребовало решения прикладных инженерных задач .  

А.Пито – изобрел способ измерения скорости жидкости (прибора Пито).

  А.Шези – сформулировал основы теории подобия.

  Ш.Кулон, Г.Хаген, Б.Сен-Венан, Ж.Пуазейль, А.Дарси, Вейсбах, – предложили методы расчета гидравлических сопротивлений.

  Г.Хаген, О.Рейнольдс (Д.И. Менделеев1880г ) – выделили и исследовали два режима течения жидкости.

  О.Коши, Фруд, Г.Гельмгольц – предложили критерии гидродинамического подобия.

  Л. Прандтль (1875-1953) – создал теорию турбулентности и предложил теорию пограничного слоя.

  Н.П.Петров – гидродинамическая теория смазки.

  Н.Е.Жуковский – теория гидравлического удара. Классическое решение задач в области авиации, водоснабжения и гидротехники.

XX век.  

• А.Н.Крылов – теория плавания корабля.

• А.Н.Колмогоров – теория турбулентности.

• Н.Н.Павловский – теория неравномерного движения и фильтрации жидкости. Гидравлика сооружений

• В.Г.Шухов – гидравлический расчет магистральных трубопроводов.

• И.И.Куколевский – машиностроительная гидравлика.

12/22/16

Краткий исторический обзор и современный уровень развития пневматики

• Одним из первых устройств, использующих сжатый воздух, являются кузнечные мехи с ручным приводом, которые появились более чем за 3000[ лет до н. э.
• В I веке до н. э. греческий математик и механик Герон Александрийский в трактате «Пневматика» описал механизмы, приводимые в движение нагретым или сжатым воздухом.

12/22/16

• Живший в Александрии примерно в одно время с Героном древнегреческий изобретатель и математик Ктезибий изобрёл поршневой насос и музыкальную машину (прообраз современного орга́на).
• Ктезибия считают «отцом пневматики». Он написал первые научные трактаты об упругой силе сжатого воздуха и её использовании в воздушных насосах и других механизмах (даже в пневматическом оружии), заложил основы Пневматики, Гидравлики и Теории упругости воздуха. Ни одна из его письменных работ не сохранилась, в том числе его Воспоминания. Об его исследованиях мы знаем по сообщениям Афинея.
• В 1760 году в Англии был разработан поршневой компрессор («цилиндрические мехи»), обеспечивающий давление сжатого воздуха в 0,2 МПа.

• 1941г- Гелье разработал вентилятор
• 1765г- Ползунов предложил использовать поршневые воздуходувки
• 1792г-для передачи письменных сообщений впервые применен сжатый воздух ( пневмопочта)
• 1927г- Циолковский издал брошюру « Сопротивление воздуха и скорый поезд» в которой высказал идею создания поезда на воздушной подушке
• 1943 г- Ж.И.Кусто и Э. Маньян изобрели акваланг-

12/22/16

Краткий исторический обзор и современный уровень развития аэродинамики

Работы Жуковского в области аэродинамики явились источником основных идей, на которых строится авиационная наука. Он всесторонне исследовал динамику полёта птиц, 3 ноября 1891 года сделал доклад «О парении птиц». В 1892 году сделал доклад «По поводу летательного снаряда Чернушенко»; составив основные уравнения динамики для центра тяжести планирующего тела (то есть, при постоянном угле атаки), Жуковский нашёл траектории при различных условиях движения воздуха, в том числе теоретически предсказал возможность мёртвой петли

Краткий исторический обзор и современный уровень развития термодинамики

Исторически термодинамика возникла в результате изучения сравнительно узкого круга вопросов, связанных с теорией работы тепловых двигателей. Большой вклад в становление и развитие термодинамики был сделан Карно, Клапейроном, Клаузиусом, Менделеевым и др.

Французский инженер Сади Карно( 1796-1832) в своей книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» создал теоретические основы работы тепловых машин. По существу сформулировал первое и второе начала термодинамики. В своих рассуждениях Карно опирался на гипотезу о существовании теплорода, но сумел прийти к верным выводам.

Работа молодого ученого Карно вызвала в научном мире настоящую сенсацию, но спустя целых десять лет, а до того оставалась никем не замеченной. «Открыл» С.Карно в 1834 г. Б. Клапейрон, который «перевел» его труд на язык математики и попутно предложил вытекающий из его идей графический метод исследования работы тепловых иашин -метод циклов («Мемуары о движущей силе теплоты») .

Славу Клаузиусу создали его работы по теоретической термодинамике, до него бывшей в младенческом периоде развития; лишь благодаря трудам Клаузиуса (одновременно с работами Джоуля, Гельмгольца и Ренкина) термодинамика получила окончательную разработку. Так, им были усовершенствованы аналитические доказательства и, что особенно важно, Клаузиус предложил одну из формулировок второго начала термодинамики, известную сейчас как формулировка Клаузиуса. Клаузиус доказал и несколько новых теорем в механической теории тепла, которые носят его имя. Им же было введено понятие энтропии.

12/22/16

12/22/16