Гидравлика
Гидравлика (от древнегреческого ὕδωρ ( húdōr ) « вода » и αὐλός ( aulos ) « труба ») [2] Это технология и прикладная наука, использующая инженерное дело , химию и другие науки, связанные с механическими свойствами и использованием жидкостей . На самом базовом уровне гидравлика является жидким аналогом пневматики , которая касается газов . Механика жидкости обеспечивает теоретическую основу гидравлики, которая фокусируется на прикладной технике, использующей свойства жидкостей. В приложениях гидравлической энергетики гидравлика используется для генерации, управления и передачи энергии с использованием жидкостей под давлением . Гидравлические темы охватывают некоторые разделы науки и большинство инженерных модулей и охватывают такие понятия, как поток труб , плотин проектирование , гидродинамика и схемы управления жидкостью. Принципы гидравлики естественным образом используются в человеческом организме в сосудистой системе и эректильной ткани . [3] [4]
Гидравлика свободной поверхности — это раздел гидравлики, изучающий свободное поверхностное течение, например, возникающее в реках , каналах , озерах , эстуариях и морях . подполя Его поток в открытом канале изучает поток в открытых каналах .
История
[ редактировать ]Древние и средневековые эпохи
[ редактировать ]Раннее использование энергии воды восходит к Месопотамии и Древнему Египту , где орошение использовалось с 6-го тысячелетия до нашей эры, а водяные часы использовались с начала 2-го тысячелетия до нашей эры. Другие ранние примеры гидроэнергетики включают систему Канат в древней Персии и водную систему Турфан в древней Центральной Азии.
Персидская империя и Урарту
[ редактировать ]В Персидской империи или предыдущих образованиях Персии персы построили сложную систему водяных мельниц, каналов и плотин, известную как Историческая гидравлическая система Шуштар . Проект, начатый Ахеменидов царем Дарием Великим и завершенный группой римских инженеров, захваченных сасанидским царем Шапуром I , [5] был назван ЮНЕСКО «шедевром творческого гения». [5] Они же были изобретателями [6] Канат . , подземный акведук, около 9 века до нашей эры [7] Благодаря Канату было орошено несколько больших древних садов Ирана. [8]
Канат распространился на соседние территории, в том числе на Армянское нагорье . Там, начиная с начала 8 века до нашей эры, Королевство Урарту провело значительные гидротехнические сооружения, такие как канал Менуа . [9] [7] [10]
Самые ранние свидетельства существования водяных колес и водяных мельниц относятся к древнему Ближнему Востоку, в IV веке до нашей эры. [11] в частности, в Персидской империи до 350 г. до н.э., в регионах Ирака , Ирана , [12] и Египет . [13]
Китай
[ редактировать ]В древнем Китае жили Суньшу Ао (6 век до н. э.), Симэнь Бао (5 век до н. э.), Ду Ши (около 31 г. н. э.), Чжан Хэн (78–139 гг. н. э.) и Ма Цзюнь (200–265 гг. н. э.), а средневековые В Китае были Су Сун (1020–1101 гг. н. э.) и Шэнь Го (1031–1095 гг.). Ду Ши использовал водяное колесо для привода в действие сильфонов доменной печи, производившей чугун . Чжан Хэн был первым, кто применил гидравлику для обеспечения движущей силы вращения армиллярной сферы для астрономических наблюдений . [14] [15]
Шри-Ланка
[ редактировать ]В древней Шри-Ланке гидравлика широко использовалась в древних королевствах Анурадхапура и Полоннарува . [16] Открытие принципа клапанной башни или клапанной ямы (Bisokotuwa на сингальском языке) для регулирования утечки воды приписывают изобретательности более 2000 лет назад. [17] К первому веку нашей эры было завершено несколько масштабных ирригационных работ. [18] были установлены макро- и микрогидравлика для удовлетворения бытовых нужд садоводства и сельского хозяйства, поверхностный дренаж и борьба с эрозией, декоративные и рекреационные водотоки и подпорные конструкции, а также системы охлаждения В Сигирии , Шри-Ланка, . Коралл на массивной скале на этом месте включает в себя цистерны для сбора воды. Крупными древними водоемами Шри-Ланки являются Калавева (король Дхатусена), Паракрама Самудра (король Паракрама Баху), Тиса Вева (король Дутугамуну), Миннерия (король Махасен).
Греко-римский мир
[ редактировать ]В Древней Греции греки построили сложные водные и гидравлические энергетические системы. Примером может служить строительство Эупалиносом по государственному контракту водопояного канала для Самоса , Туннеля Эупалиноса . Ранним примером использования гидравлического колеса, вероятно, самым ранним в Европе, является колесо Перахора (3 век до н. э.). [19]
В греко-римском Египте примечательно строительство первых гидравлических машин- автоматов Ктесибием (ок . (расцвет около 270 г. до н. э.) и Героем Александрийским 10–80 гг. н.э.). Герой описывает несколько рабочих машин, использующих гидравлическую энергию, таких как силовой насос , который известен во многих римских памятниках как используемый для подъема воды и в пожарных машинах. [20]
В Римской империи были разработаны различные применения гидравлики, включая общественное водоснабжение, бесчисленные акведуки , энергетику с использованием водяных мельниц и гидравлическую добычу полезных ископаемых . Они были одними из первых, кто использовал сифон для транспортировки воды по долинам, и применяли глушение широко для разведки и последующей добычи металлических руд . Они широко использовали свинец в водопроводных системах бытового и общественного водоснабжения, например, в парилках . [ нужна ссылка ]
Гидравлическая добыча использовалась на золотых приисках северной Испании, завоеванных Августом в 25 г. до н.э. Россыпной золотой рудник Лас Медулас был одним из крупнейших их рудников. Его обслуживали как минимум семь длинных акведуков, а водные потоки использовались для размывания мягких отложений, а затем для промывки хвостов на предмет ценного содержания золота. [21] [22]
Арабско-исламский мир
[ редактировать ]В мусульманском мире во время Золотого века ислама и Арабской сельскохозяйственной революции (8–13 вв.) инженеры широко использовали гидроэнергетику , а также начали использовать энергию приливов и отливов . [23] и крупные гидравлические заводские комплексы. [24] В исламском мире использовались различные промышленные мельницы с водяным приводом, в том числе сукновалочные , зерновые , бумажные , шелушильные , лесопильные , судовые , штамповочные , сталелитейные , сахарные и приливные мельницы . К 11 веку эти промышленные мельницы работали в каждой провинции исламского мира, от Аль-Андалуса и Северной Африки до Ближнего Востока и Центральной Азии . [25] Мусульманские инженеры также использовали водяные турбины , использовали шестерни в водяных мельницах и водоподъёмных машинах, а также были пионерами в использовании плотин в качестве источника гидроэнергии, используемой для подачи дополнительной энергии водяным мельницам и водоподъёмным машинам. [26]
Аль-Джазари (1136–1206) описал конструкции 50 устройств, многие из которых были с водяным приводом, 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 к ней кувшинами и возвратно-поступательное устройство с шарнирными клапанами. [27]
Самыми ранними программируемыми машинами были устройства с водяным приводом, разработанные в мусульманском мире. Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматический флейтист с водяным приводом, изобретенный братьями Бану Муса и описанный в их « Книге гениальных устройств » в 9 веке. [28] [29] с водным приводом В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы/ роботы . Он описал четырех музыкантов- автоматов , в том числе барабанщиков, управляемых программируемой драм-машиной , которую можно было заставить играть разные ритмы и разные рисунки ударных. [30]
Современная эпоха (ок. 1600–1870).
[ редактировать ]Бенедетто Кастелли и итальянская гидравлика
[ редактировать ]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. Начиная с 1626 года он служил главным консультантом Папы по гидротехническим проектам, то есть по управлению реками в Папской области. [31]
Наука и техника использования воды в Италии 1500–1800 годов в книгах и рукописях представлена в иллюстрированном каталоге, опубликованном в 2022 году. [32]
Блез Паскаль
[ редактировать ]Блез Паскаль (1623–1662) изучал гидродинамику и гидростатику жидкостей, сосредоточив внимание на принципах гидравлических жидкостей. Его открытие теории гидравлики привело к изобретению гидравлического пресса , который умножал меньшую силу, действующую на меньшую площадь, в приложение большей силы, суммируемой на большей площади, передаваемой через то же давление (или точное изменение давления). ) в обоих местах. Закон или принцип Паскаля гласит, что для покоящейся несжимаемой жидкости разница давлений пропорциональна разнице высот, 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 ограниченной жидкости происходит одинаковое увеличение на всех остальных концах контейнера, т. е. любое изменение давления, приложенного в любой точке жидкости, передается без уменьшения по всем жидкостям.
Жан Леонар Мари Пуазейль
[ редактировать ]Французский врач Пуазей (1797–1869) исследовал поток крови через тело и открыл важный закон, определяющий скорость потока в зависимости от диаметра трубки, в которой происходит поток. [33] [ нужна ссылка ]
В Великобритании
[ редактировать ]В 19 веке в нескольких городах были созданы общегородские гидравлические сети для управления таким оборудованием, как лифты, краны, кабестаны и тому подобное. Джозеф Брама [34] (1748–1814) был одним из первых новаторов, а Уильям Армстронг [35] (1810–1900) усовершенствовал аппараты для подачи электроэнергии в промышленных масштабах. В Лондоне Лондонская гидравлическая энергетическая компания. [36] была основным поставщиком труб, обслуживающих большую часть лондонского Вест-Энда , Сити и доков , но существовали схемы, ограниченные отдельными предприятиями, такими как доки и железнодорожные товарные дворы .
Гидравлические модели
[ редактировать ]После того как учащиеся поймут основные принципы гидравлики, некоторые учителя используют аналогию с гидравликой, чтобы помочь учащимся изучить другие вещи. Например:
- Компьютер MONIAC использует воду, протекающую через гидравлические компоненты, чтобы помочь студентам изучать экономику.
- Теплогидравлическая аналогия использует гидравлические принципы, чтобы помочь учащимся изучить тепловые цепи.
- В электронно- гидравлической аналогии используются гидравлические принципы, чтобы помочь учащимся изучить электронику.
Сохранение требуемой массы жидкости в сочетании со сжимаемостью приводит к фундаментальной взаимосвязи между давлением, расходом жидкости и объемным расширением, как показано ниже: [37]
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 создавал объемное изменение.
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ НЭЗУ Иехиса (1995), Суиригаку, Рютай-рикигаку , Асакураэ Шотен, стр. 17, ISBN. 978-4-254-26135-6 .
- ^ Чисхолм, Хью , изд. (1911). . Британская энциклопедия . Том. 14 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 35.
- ^ «Система кровообращения: гидравлика человеческого сердца» . 1 мая 2017 года. Архивировано из оригинала 1 мая 2017 года . Проверено 19 марта 2019 г.
- ^ Мелдрам, Дэвид Р.; Бернетт, Артур Л.; Дори, Грейс; Эспозито, Кэтрин; Игнарро, Луи Дж. (2014). «Эректильная гидравлика: максимизация притока при минимизации оттока». Журнал сексуальной медицины . 11 (5): 1208–20. дои : 10.1111/jsm.12457 . ПМИД 24521101 .
- ^ Перейти обратно: а б Центр, Всемирное наследие ЮНЕСКО. «Историческая гидросистема Шуштара» . Whc.unesco.org . Проверено 1 сентября 2018 г.
- ^ Голдсмит, Эдвард (2012). Канаты Ирана .
- ^ Перейти обратно: а б Ломбард, Пьер (1991). «От естественного ритма к человеческому ритму: жизнь и смерть традиционной техники канат» . MOM-издания . 20 (1): 69–86.
- ^ «Канаты Ирана · Эдвард Голдсмит» . архив.есть . 14 апреля 2013 года. Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 года . Проверено 1 сентября 2018 г.
- ^ Виолле, Пьер-Луи (2004). Гидравлика в древних цивилизациях: 5000 лет истории (на французском языке). Пресс де Пон. ISBN 978-2-85978-397-6 .
- ^ Берни, Чарльз (1972). «Урартские ирригационные работы» . Анатолийские исследования . 22 : 179–186. дои : 10.2307/3642562 . ISSN 0066-1546 . JSTOR 3642562 . S2CID 131657710 .
- ^ Терри С. Рейнольдс, Сильнее сотни мужчин: история вертикального водяного колеса , JHU Press, 2002 ISBN 978-0-8018-7248-8 , с. 14
- ^ Селин, Хелейн (2013). Энциклопедия истории науки, техники и медицины в незападных культурах . Springer Science & Business Media . п. 282. ИСБН 978-94-017-1416-7 .
- ^ Ставрос И. Яннопулос; Герасимос Либератос; Николаос Теодоссиу; Ван Ли; Мохаммад Валипур; Альдо Тамбуррино; Андреас Н. Ангелакис (2015). «Эволюция водоподъемных устройств (насосов) на протяжении веков во всем мире» . Вода . 7 (9). МДПИ : 5031–5060. дои : 10.3390/w7095031 .
- ^ Фу, Чуньцзян; Липин., Ян; Н., Хан, Ю.; Издательство, Asiapac (2006). Истоки китайской науки и техники Азиатско-Тихоокеанский регион. ISBN 978-981-229-376-3 . OCLC 71370433 .
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Армиллярная сфера» . Библиотека Конгресса . Проверено 10 июля 2022 г.
- ^ «Шри-Ланка — страновое исследование» (PDF) . Правительство США, Министерство армии. 1990. Архивировано из оригинала (PDF) 5 сентября 2012 года . Проверено 9 ноября 2011 г.
- ^ «Шри-Ланка – История» . Центр азиатских исследований Мичиганского государственного университета. Архивировано из оригинала 28 декабря 2011 года . Проверено 9 ноября 2011 г.
- ^ «Традиционная Шри-Ланка или Цейлон» . Государственный университет Сэма Хьюстона. Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 9 ноября 2011 г.
- ^ Томлинсон, РА (2013). «Перахорская водопроводная станция: Дополнения». Ежегодник Британской школы в Афинах . 71 : 147–8. дои : 10.1017/S0068245400005864 . JSTOR 30103359 . S2CID 129173283 .
- ^ Музей Виктории и Альберта. «Каталог коллекции машиностроения в научном отделе Музея Виктории и Альберта в Южном Кенсингтоне, с описательными и историческими примечаниями». Улан Пресс. 2012.
- ^ Центр, Всемирное наследие ЮНЕСКО. «Лас Медулас» . Whc.unesco.org . Проверено 13 июня 2017 г.
- ^ «Козыри» . Кастилия и Леон, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО . 30 октября 2014 года . Получено 13 июня.
- ^ Ахмад Ю. аль-Хасан (1976). Таки ад-Дин и арабское машиностроение , стр. 34–35. Институт истории арабской науки Университета Алеппо .
- ^ Майя Шацмиллер , с. 36.
- ^ Адам Роберт Лукас (2005), «Промышленное мукомольное производство в древнем и средневековом мире: обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Technology and Culture 46 (1), стр. 1–30 [10].
- ^ Ахмад Ю. аль-Хасан , Передача исламских технологий на Запад, Часть II: Передача исламской инженерии. Архивировано 18 февраля 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ Аль-Хассани, Салим (30 января 2008 г.). «800 лет спустя: памяти Аль-Джазари, гениального инженера-механика» . Мусульманское наследие . Фонд науки, технологий и цивилизации . Проверено 30 апреля 2015 г.
- ^ Кутсьер, Теун (2001), «О предыстории программируемых машин: музыкальные автоматы, ткацкие станки, калькуляторы», Mechanism and Machine Theory , 36 (5), Elsevier: 589–603, doi : 10.1016/S0094-114X(01)00005 -2 .
- ^ Капур, Аджай; Карнеги, Дейл; Мерфи, Джим; Лонг, Джейсон (2017). «Дополнительные громкоговорители: история электроакустической музыки без громкоговорителей» . Организованный звук . 22 (2). Издательство Кембриджского университета : 195–205. дои : 10.1017/S1355771817000103 . ISSN 1355-7718 .
- ^ Профессор Ноэль Шарки, Программируемый робот 13-го века (Архив) , Университет Шеффилда .
- ^ «Проект Галилео – Наука – Бенедетто Кастелли» . Galileo.rice.edu .
- ^ Эндрюс, Марк Э. 2022. Наука и инженерия воды: иллюстрированный каталог книг и рукописей по итальянской гидравлике 1500-1800 гг. Торонто: Публикации AE.
- ^ Сутера и Скалак, Сальваторе и Ричард. История закона Пуазейля. Анну. Преподобный Fluid Mech. 1993. 25: 1-19.
- ^ «Джозеф Брама» . Robinsonlibrary.com . 23 марта 2014 г. Архивировано из оригинала 24 октября 2006 г. Проверено 8 апреля 2014 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Уильям Джордж Армстронг, барон Армстронг Крэгсайд (1810-1900)» . Викторианвеб.орг . 22 декабря 2005 г. Проверено 8 апреля 2014 г.
- ^ «Subterranea Britannica: Объекты: Гидравлическая электростанция в Лондоне» . Subbrit.org.uk . 25 сентября 1981 года . Проверено 8 апреля 2014 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 апреля 2018 года . Проверено 23 апреля 2018 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
Ссылки
[ редактировать ]- Рашид, Рушди; Морелон, Режис (1996), Энциклопедия истории арабской науки , Лондон: Routledge, ISBN 978-0-415-12410-2 .