Большая Советская Энциклопедия (ГИ)
Шрифт:
Г. открытых русел изучает течение воды в каналах и реках. Здесь даются способы определения глубины воды в каналах при заданном расходе и уклоне дна, широко применяемые при проектировании судоходных, оросительных, осушительных и гидроэнергетических каналов, канализационных труб, при выправительных работах на реках и пр. Г. открытых русел исследует также вопрос о распределении скоростей по сечению потока, что весьма существенно для гидрометрии, расчёта движения наносов и пр. Теория неравномерного движения в открытых руслах даёт возможность определять кривые свободной поверхности воды. а теория неустановившегося движения важна при учёте явлений, связанных с маневрированием затворами плотин, суточным регулированием гидроэлектростанций, попуском воды из водохранилищ и пр. В разделах гидравлики, посвященных истечению жидкости из отверстий и через водосливы, приводятся расчётные зависимости для определения необходимых
В Г. рассматриваются также движение наносов в открытых потоках и пульпы в трубах, методы гидравлических измерений, моделирование гидравлических явлений и некоторые др. вопросы. Существенно важные для расчёта гидротехнических сооружений вопросы Г. — неравномерное и неустановившееся движение в открытых руслах и трубах, течение с переменным расходом, фильтрация и др. — иногда объединяют под общим названием «инженерная Г.» или «Г. сооружений». Т. о., круг вопросов, охватываемых Г., весьма обширен и законы Г. в той или иной мере находят применение практически во всех областях инженерной деятельности, а особенно в гидротехнике, мелиорации, водоснабжении, канализации, теплогазоснабжении, гидромеханизации, гидроэнергетике, водном транспорте и др.
Некоторые принципы гидростатики были установлены ещё Архимедом, возникновение гидродинамики также относится к античному периоду, однако формирование Г. как науки начинается с середины 15 в., когда Леонардо да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу в Г. В 16—17 вв. С. Стевин, Г. Галилей и Б. Паскаль разработали основы гидростатики как науки, а Э. Торричелли дал известную формулу для скорости жидкости, вытекающей из отверстия. В дальнейшем И. Ньютон высказал основные положения о внутреннем трении в жидкостях. В 18 в. Д. Бернулли и Л. Эйлер разработали общие уравнения движения идеальной жидкости, послужившие основой для дальнейшего развития гидромеханики и Г. Однако применение этих уравнений (так же как и предложенных несколько позже уравнений движения вязкой жидкости) для решения практических задач привело к удовлетворительным результатам лишь в немногих случаях, В связи с этим с конца 18 в. многие учёные и инженеры (А. Шези, А. Дарси, А. Базен, Ю. Вейсбах и др.) опытным путём изучали движение воды в различных частных случаях, в результате чего Г. обогатилась значительным числом эмпирических формул. Создававшаяся т. о. практическая Г. всё более отдалялась от теоретической гидродинамики. Сближение между ними наметалось лишь к концу 19 в. в результате формирования новых взглядов на движение жидкости, основанных на исследовании структуры потока. Особо заслуживают упоминания работы О. Рейнольдса, позволившие глубже проникнуть в сложный процесс течения реальной жидкости и в физическую природу гидравлических сопротивлений и положившие начало учению о турбулентном движении. Впоследствии это учение, благодаря исследованиям
Л. Прандтля и Т. Кармана, завершилось созданием полуэмпирических теорий турбулентности, получивших широкое практическое применение. К этому же периоду относятся исследования Н. Е. Жуковского, из которых для Г. наибольшее значение имели работы о гидравлическом ударе и о движении грунтовых вод. В 20 в. быстрый рост гидротехники, теплоэнергетики, гидромашиностроения, а также авиационной техники привёл к интенсивному развитию Г., которое характеризуется синтезом теоретических и экспериментальных методов. Большой вклад в развитие Г. сделан сов. учёными (работы Н. Н. Павловского, Л. С. Лейбензона, М. А. Великанова и др.).
Практическое значение Г. возросло в связи с потребностями современной техники в решении вопросов транспортирования жидкостей и газов различного назначения и использования их для разнообразных целей. Если ранее в Г. изучалась лишь одна жидкость — вода, то в современных условиях всё большее внимание уделяется изучению закономерностей движения вязких жидкостей (нефти и её продуктов), газов, неоднородных и т. н. неньютоновских жидкостей. Меняются и методы исследования и решения гидравлических задач. Сравнительно недавно в Г. основное место отводилось чисто эмпирическим зависимостям, справедливым только для воды и часто лишь в узких пределах изменения скоростей, температур, геометрических параметров потока; теперь всё большее значение приобретают закономерности общего порядка, действительные для всех жидкостей, отвечающие требованиям теории подобия и пр. При этом отдельные случаи могут рассматриваться как следствие обобщенных закономерностей. Г. постепенно превращается в один из прикладных разделов общей науки о движении жидкостей — механики жидкости.
Исследования в области Г. координируются Международной ассоциацией гидравлических исследований (МАГИ). Её орган — «Journal of the International Association for Hydraulic Research» (Delft, с 1937). Периодические издания в области Г.: журналы»Гидротехническое строительство» (с 1930) и «Гидротехника и мелиорация» (с 1949), «Известия Всесоюзного научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева» (с 1931), «Труды координационных совещаний по гидротехнике» (с 1961), сборники «Гидравлика и гидротехника» (с 1961), «Houille Blanche» (Grenoble, с 1946), «Journal of the Hydraulics Division. American Society of Civil Engineers» (N. Y., с 1956), «L'energia elettrica» (Mil., с 1924).
Лит.: Идельчик И. Е., Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М. — Л., 1960; Киселев П, Г., Справочник по гидравлическим расчетам, 3 изд., М. — Л., 1961; Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика М., 1965; Альтшуль А. Д., Киселев П. Г., Гидравлика и аэродинамика, М., 1965; Чугаев Р. Р., Гидравлика, М. — Л., 1970; Rouse Н., Howe J., Basic mechanics of fluids, N. Y. — L., 1953; King H. W., Brater E. F., Handbook of hydraulics, 5 ed., N. Y., 1963; Levin L., L'hydrodynamique et ses applications, P., 1963; Еск В, Technische Str"omungslehre. 7 Aufl., B., 1966.
А. Д. Альтшуль.
Гидравлика сооружений
Гидра'влика сооруже'ний, см. Инженерная гидравлика.
Гидравлическая добыча
Гидравли'ческая добы'ча угля, подземная разработка угольных месторождений, при которой процессы выемки, транспортирования и подъёма угля на поверхность выполняются энергией водного потока. Источником воды чаще всего является приток подземных вод в шахту.
Первые опытные работы по Г. д. проведены в 1935—36 В. С. Мучником в Кизеловском угольном бассейне; в 1938—41 Г. д. была применена в Донбассе и Кузбассе. Промышленное внедрение Г. д. на шахтах в СССР началось в 1953 пуском гидрошахты «Полысаевской-Северной» в Кузбассе. В 1965—67 в Кузнецком и Донецком бассейнах вступили в эксплуатацию крупные гидрошахты с механизацией всех технологических процессов («Байдаевская-Северная», «Грамотеевская 3—4», «Красноармейская. № 1» и «Красноармейская № 2»).
Разрушение угольного массива при Г. д. осуществляется либо водной струей высокого давления (5—10 Мн/м2), которая формируется в гидромониторах, либо механогидравлическими машинами (механическое разрушение угля с последующим смывом водой). Вода в забой подаётся по трубопроводам центробежными насосами. Уголь, отбитый в забое, смывается водой и транспортируется по металлическим желобам, уложенным в горных выработках, пройденных с уклоном 3—3,5° до центральной камеры гидроподъёма, откуда гидросмесь транспортируется на поверхность, а затем на обогатительную фабрику, где происходит обогащение, обезвоживание и сушка угля. При Г. д. применяются в основном подэтажная гидроотбойка, гидроотбойка из печей и механогидравлическая выемка из печей или длинных лав. Выемка угля, как правило, ведётся из коротких забоев без крепления выработанного пространства. На пластах крутого и наклонного (более 25°) падения применяется подэтажная гидроотбойка, при которой часть шахтного поля делится печами (см. Горные выработки) на блоки длиной по простиранию 150—200 м и по падению 80—120 м. В блоке на расстоянии 6—12 м один от другого проводятся подэтажные штреки; образованные штреками целики угля разрушаются снизу вверх струей гидромонитора. Для пластов пологого падения (до 15—18°) наиболее распространена гидравлическая отбойка из печей. При этом способе выемки шахтное поле делится на блоки длиной по простиранию до 1500 м и по падению 800—1200 м. В свою очередь блоки делятся по падению на ярусы аккумулирующими штреками, проводимыми через каждые 200—250 м. От них проводятся по восстанию пласта разрезные печи через каждые 12—15 м. Целики угля между ними вынимаются гидромониторной струей или механогидравлическим комбайном. С появлением высокопроизводительных комплексов для шахт с обычной, «сухой» технологией на пластах пологого падения применяется в отдельных случаях механогидравлическая выемка из длинных лав. Схема подготовки шахтного поля и порядок выемки аналогичны обычной технологии (см. Подземная разработка), с той лишь разницей, что транспортирование угля от комбайна осуществляется потоком воды.