Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой.
Прикладную часть гидромеханики, для которой характерен определенный круг технических вопросов, задач и методы их разрешения, называют гидравликой. Обычно гидравлику определяют как науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов для решения практических задач.
В гидравлике рассматриваются главным образом потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т. е. внутренние течения, в отличие от аэрогидромеханики, которая изучает внешнее обтекание тел сплошной средой.
Термин “жидкость” в гидромеханике имеет более широкий смысл, чем это принято в обыденной жизни. В понятие “жидкость” включают все тела, для которых характерно свойство текучести, т. е. способность сколь угодно сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в это понятие включают как обычные жидкости, называемые капельными, так и газы.
Капельная жидкость отличается от газа тем, что в малых количествах принимает сферическую форму, а в больших образует свободную поверхность. Главной особенностью капельных жидкостей является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считают несжимаемыми. Газы наоборот, способны к значительному уменьшению своего объема под действием давления и к неограниченному расширению при отсутствии давления, т. е. обладают большой сжимаемостью.
Несмотря на это различие, законы движения капельных жидкостей и газов при определенных условиях можно считать одинаковыми. Основным из этих условий является малое значение скорости течения газа по сравнению со скоростью распространения в нем звука.
В гидравлике изучают движения главным образом капельных жидкостей, при этом в подавляющем большинстве случаев они рассматриваются как несжимаемые. Внутренние течения газа относятся к области гидравлики лишь в тех случаях, когда скорости их течения значительно меньше скорости звука и, следовательно, сжимаемостью газа можно пренебречь. Это, например течения воздуха в вентиляционных системах. В дальнейшем под термином “жидкость” мы будем понимать капельную жидкость, а также газ, когда его можно считать несжимаемым.
Исторически развитие механики жидкости шло двумя различными путями.
Первый– теоретический путь точного математического анализа, основанного на законах механики. Он привел к созданию теоретической гидромеханики. Однако этот путь часто не дает ответа на целый ряд вопросов, выдвигаемых практикой.
Второй – путь накопления опытных данных, приведший к созданию гидравлики, возник из насущных задач практической, инженерной деятельности.
Таким образом, первоначально, гидравлика была чисто эмпирической наукой. В настоящее время в гидравлике, где это возможно и целесообразно, все больше применяют методы теоретической гидромеханики.
Метод, применяемый в современной гидравлике при исследовании движения, заключается в следующем. Создается физическая модель процесса, устанавливающая его качественные характеристики и определяющие факторы. На основании физической модели и потребной для практики точности формулируется математическая модель. Те явления, которые не поддаются теоретическому анализу, исследуют экспериментальным путем, а результаты представляют в виде эмпирических соотношений. Математическую модель формализуют в виде алгоритмов и программ, для получения решения с применением средств вычислительной техники. Полученные решения анализируются, сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными, и уточняются путем корректировки математической модели и способа ее решения.
Гидравлика дает методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений, гидромашин и устройств, применяемых в различных областях техники. Особенно велико значение гидравлики в машиностроении. Гидросистемы, состоящие из насосов, трубопроводов, различных гидроагрегатов широко используют в машиностроении в качестве системы жидкостного охлаждения, топливо подачи, смазки и т. п. В современных машинах все более широкое применение находят гидропередачи (гидроприводы) и гидроавтоматика. По сравнению с другими типами передач, гидропередачи имеют ряд существенных преимуществ: Возможность плавного (бесступенчатого) изменения скорости ведущего и ведомого звена в широких пределах, простота регулирования, компактность, пыле – искро безопасность, высокие удельные характеристики и т. д.
Для расчета и проектирования гидроприводов, их систем автоматического регулирования, а также для грамотной эксплуатации гидромашин, ремонта и наладки необходимо иметь соответствующую подготовку в области гидравлики и теории гидромашин.