Hydraulik - Hydraulics

Hydraulik och andra studier
En öppen kanal , med ett enhetligt djup. Öppen kanalhydraulik behandlar enhetliga och ojämna strömmar.
Illustration av hydraulisk och hydrostatisk, från "Table of Hydraulics and Hydrostatics", från Cyclopædia, eller en Universal Dictionary of Arts and Sciences , redigerad av Ephraim Chambers , 1728, Vol. 1

Hydraulik (från grekiska : Υδραυλική) är en teknik och tillämpad vetenskap som använder teknik , kemi och andra vetenskaper som involverar mekaniska egenskaper och användning av vätskor . På en mycket grundläggande nivå är hydraulik den flytande motsvarigheten till pneumatik , som rör gaser . Vätskemekanik ger den teoretiska grunden för hydraulik, som fokuserar på tillämpad teknik med hjälp av vätskans egenskaper. I sina applikationer för vätskekraft används hydraulik för produktion, kontroll och överföring av kraft genom användning av vätskor under tryck . Hydrauliska ämnen varierar genom vissa delar av vetenskap och de flesta av ingenjörs moduler, och täck Begrepp som rör flöde , fördämning design, fluidik och fluidstyrkretsarna. Principerna för hydraulik används naturligt i människokroppen i kärlsystemet och erektilvävnad. Fri ythydraulik är den gren av hydraulik som hanterar fritt ytflöde, som förekommer i floder , kanaler , sjöar , flodmynningar och hav . Dess underfält öppna kanalflöde studerar flödet i öppna kanaler .

Ordet "hydraulik" kommer från det grekiska ordet ὑδραυλικός ( hydraulikos ) som i sin tur kommer från ὕδωρ ( hydor , grekiskt för vatten ) och αὐλός ( aulos , som betyder rör ).

Historia

Antika och medeltida epoker

Vattenhjul

Tidig användning av vattenkraft går tillbaka till Mesopotamien och forntida Egypten , där bevattning har använts sedan 6: e årtusendet f.Kr. och vattenklockor hade använts sedan början av 2: a årtusendet f.Kr. Andra tidiga exempel på vattenkraft inkluderar Qanat -systemet i det antika Persien och Turpan -vattensystemet i det gamla Centralasien.

Persiska riket

I persiska riket , de pers konstruerade ett intrikat system av vattenkvarnar, kanaler och dammar kallas Shushtar Historical Hydraulic System . Projektet, som inleddes av Achaemenid -kungen Darius den store och avslutades av en grupp romerska ingenjörer som fångats av Sassanian -kungen Shapur I , har av UNESCO kallats "ett mästerverk av kreativt geni". De var också uppfinnarna av Qanat, en underjordisk akvedukt. Flera av Irans stora, gamla trädgårdar bevattnades tack vare Qanats

De tidigaste bevisen på vattenhjul och vattenkvarnar går tillbaka till den gamla Nära Östern på 400 -talet f.Kr., särskilt i det persiska riket före 350 fvt, i regionerna Irak , Iran och Egypten .

Kina

I det gamla Kina fanns Sunshu Ao (600 -talet f.Kr.), Ximen Bao (500 -talet f.Kr.), Du Shi (cirka 31 e.Kr.), Zhang Heng ( 78-139 e.Kr.) och Ma Jun (200-265 e.Kr.), medan medeltiden Kina hade Su Song (1020 - 1101 e.Kr.) och Shen Kuo (1031–1095). Du Shi använde ett vattenhjul för att driva bälgen i en masugn som producerar gjutjärn . Zhang Heng var den första som använde hydraulik för att ge drivkraft för att rotera en armillär sfär för astronomisk observation .

Sri Lanka

Vallgrav och trädgårdar vid Sigiriya

I forntida Sri Lanka användes hydraulik i stor utsträckning i de antika kungadömena Anuradhapura och Polonnaruwa . Upptäckten av principen för ventiltornet, eller ventilgropen, (Bisokotuwa på singalesiska) för att reglera vattentömning krediteras uppfinningsrikedom för mer än 2000 år sedan. Vid det första århundradet e.Kr. hade flera stora bevattningsarbeten slutförts. Makro- och mikrohydraulik för att tillgodose hushållsbruk och trädgårdsbehov, ytdränering och erosionskontroll, prydnads- och fritidsvattenbanor och kvarhållande strukturer och kylsystem fanns på plats i Sigiriya , Sri Lanka. Korallen på den massiva berget på platsen innehåller cisterner för uppsamling av vatten. Stora gamla reservoarer i Sri Lanka är Kalawewa (kung Dhatusena), Parakrama Samudra (kung Parakrama Bahu), Tisa Wewa (kung Dutugamunu), Minneriya (kung Mahasen)

Grekisk-romerska världen

I det antika Grekland konstruerade grekerna sofistikerade vatten- och hydrauliska kraftsystem. Ett exempel är en konstruktion av Eupalinos , enligt ett offentligt kontrakt, av en vattningskanal för Samos , Eupalinos tunnel . Ett tidigt exempel på användning av hydrauliska hjul, troligen det tidigaste i Europa, är Perachora -hjulet (300 -talet f.Kr.).

I grekisk-romerska Egypten är konstruktionen av den första hydrauliska maskinautomaten av Ctesibius (blomstrade ca 270 f.Kr.) och hjälten i Alexandria (ca 10-80 e.Kr.) anmärkningsvärd. Hero beskriver flera arbetsmaskiner som använder hydraulisk kraft, till exempel kraftpumpen , som från många romerska platser är känd för att ha använts för att höja vatten och i brandbilar.

Akvedukten i Segovia , ett mästerverk från 1000-talet e.Kr.

I Romarriket utvecklades olika hydrauliska applikationer, inklusive allmänna vattenförsörjningar, otaliga akvedukter , kraft med vattenkvarnar och hydraulisk gruvdrift . De var bland de första som använde sifonen för att transportera vatten över dalar och använde hushing i stor skala för att leta efter och sedan utvinna metallmalm . De använde bly i stor utsträckning i VVS -system för inhemsk och offentlig försörjning, till exempel matning av termor .

Hydraulisk gruvdrift användes i guldfält i norra Spanien, som erövrades av Augustus 25 f.Kr. Den alluviala guldgruvan i Las Medulas var en av de största av deras gruvor. Minst sju långa akvedukter bearbetade det, och vattenströmmarna användes för att urholka de mjuka avlagringarna och sedan tvätta avlägsningarna för det värdefulla guldinnehållet.

Arabisk-islamisk värld

I den muslimska världen under den islamiska guldåldern och den arabiska jordbruksrevolutionen (800–1300 -talen) använde ingenjörer i stor utsträckning såväl vattenkraft som tidig användning av tidvattenkraft och stora hydrauliska fabrikskomplex . En mängd olika vattendriven industriella kvarnar användes i den islamiska världen, inklusive stampkvarnar, gristmills , pappersbruk , egrenermaskiner , sågverk , fartygskvarnar , stämpel kvarnar , stålverk , sockerbruk och tidvattens kvarnar . Vid 1000-talet hade varje provins i hela den islamiska världen dessa industrifabriker i drift, från Al-Andalus och Nordafrika till Mellanöstern och Centralasien . Muslimska ingenjörer använde också vattenturbiner , använde kugghjul i vattenkvarnar och vattenhöjningsmaskiner och var banbrytande för användningen av dammar som en vattenkälla, som används för att tillhandahålla extra kraft till vattenkvarnar och vattenhöjningsmaskiner.

Al-Jazari (1136–1206) beskrev design för 50 enheter, många av dem vattendrivna, i sin bok, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices , inklusive vattenklockor, en enhet för att servera vin och fem enheter för att lyfta vatten från floder eller pooler. Dessa inkluderar ett ändlöst bälte med kannor fästa och en fram- och återgående anordning med gångjärnsventiler.

De tidigaste programmerbara maskinerna var vattendrivna enheter som utvecklats i den muslimska världen. En musik -sequencer , ett programmerbart musikinstrument , var den tidigaste typen av programmerbar maskin. Den första musikföljaren var en automatiserad vattendriven flöjtspelare som uppfanns av bröderna Banu Musa , som beskrivs i deras bok om geniala enheter , på 900-talet. År 1206 uppfann Al-Jazari vattendrivna programmerbara automater/ robotar . Han beskrev fyra automatmusiker , inklusive trummisar som drivs av en programmerbar trummaskin , där de kunde fås att spela olika rytmer och olika trummönster. Den slott klocka , en hydro-drivna mekanisk astronomiska klockan uppfanns av Al Jazari, var den första programmerbara analoga dator .

Modern tid (ca 1600-1870)

Benedetto Castelli

1619 publicerade Benedetto Castelli , en student vid Galileo Galilei , boken Della Misura dell'Acque Correnti eller "On the Measurement of Running Waters", en av grunden för modern hydrodynamik. Han fungerade som chefskonsult för påven om hydrauliska projekt, dvs hantering av floder i påvliga stater, med början 1626.

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623–1662) studerade vätskehydrodynamik och hydrostatik, centrerad på principerna för hydraulvätskor. Hans upptäckt om teorin bakom hydraulik ledde till att han uppfann den hydrauliska pressen , som multiplicerade en mindre kraft som verkade på ett mindre område till att applicera en större kraft totalt över ett större område, överfört genom samma tryck (eller exakt tryckändring) ) på båda platserna. Pascals lag eller princip säger att för en inkomprimerbar vätska i vila är tryckskillnaden proportionell mot höjdskillnaden, och denna skillnad förblir densamma oavsett om vätskans totala tryck ändras eller inte genom att applicera en yttre kraft. Detta innebär att genom att öka trycket vid vilken punkt som helst i en begränsad vätska sker en lika ökning vid varannan ände i behållaren, dvs varje tryckändring som appliceras vid vilken punkt som helst av vätskan överförs oförminskad genom vätskorna.

Jean Léonard Marie Poiseuille

En fransk läkare, Poiseuille (1797–1869) undersökte blodflödet genom kroppen och upptäckte en viktig lag som reglerar flödeshastigheten med diametern på röret där flödet inträffade.

I UK

Flera städer utvecklade stadsövergripande hydrauliska kraftnät på 1800 -talet för att driva maskiner som hissar, kranar, kapstans och liknande. Joseph Bramah (1748–1814) var en tidig innovatör och William Armstrong (1810–1900) fulländade apparaten för kraftleverans i industriell skala. I London, London Hydraulic Power Company var en stor leverantör dess ledningar som betjänar stora delar av West End i London , staden och Docks , men det fanns system begränsade till enskilda företag som bryggor och järnvägsgods yards .

Hydrauliska modeller

Efter att eleverna har förstått de grundläggande principerna för hydraulik använder vissa lärare en hydraulisk analogi för att hjälpa eleverna att lära sig andra saker. Till exempel:

  • Den MONIAC Computer använder vatten som flyter genom hydrauliska komponenter för att hjälpa eleverna lära sig om ekonomi.
  • Den termisk-hydrauliska analogin använder hydrauliska principer för att hjälpa eleverna att lära sig om värmekretsar.
  • Den elektroniska - hydrauliska analogin använder hydrauliska principer för att hjälpa eleverna att lära sig om elektronik.

Den bevarande av massa krav i kombination med fluid kompressibilitet ger en grundläggande förhållandet mellan tryck, vätskeflöde, och volymetriska expansionen, som visas nedan:

Om man antar en inkomprimerbar vätska eller ett "mycket stort" förhållande av kompressibilitet till innesluten vätskevolym, kräver en begränsad tryckhöjningshastighet att varje nettoflöde in i den uppsamlade vätskevolymen skapar en volymetrisk förändring.

Se även

Anteckningar

Referenser

  • Rāshid, Rushdī; Morelon, Régis (1996), Encyclopedia of the history of Arabic science , London: Routledge, ISBN 978-0-415-12410-2.

externa länkar