Môn thủy lực

Từ Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí
Chuyển đến điều hướngChuyển đến tìm kiếm
Thủy lực và các nghiên cứu khác [1]
Một kênh mở , có độ sâu đồng đều. Hệ thống thủy lực kênh hở xử lý các dòng đồng nhất và không đồng nhất.
Minh họa thủy lực và thủy tĩnh.

Thủy lực học (từ tiếng Hy Lạp : Υδραυλική) là một công nghệ và khoa học ứng dụng sử dụng kỹ thuật , hóa học và các ngành khoa học khác liên quan đến các đặc tính cơ học và việc sử dụng chất lỏng . Ở cấp độ rất cơ bản, thủy lực là đối tác lỏng của khí nén , liên quan đến khí . Cơ học chất lỏng cung cấp nền tảng lý thuyết cho thủy lực học, tập trung vào kỹ thuật ứng dụng sử dụng các đặc tính của chất lỏng. Trong các ứng dụng năng lượng chất lỏng của nó , thủy lực được sử dụng để tạo ra, điều khiển và truyền tải năng lượng bằng cách sử dụng điều ápchất lỏng. Các chủ đề thủy lực bao gồm một số phần của khoa học và hầu hết các mô-đun kỹ thuật, và bao gồm các khái niệm như dòng chảy của đường ống , thiết kế đập , chất lỏng và mạch điều khiển chất lỏng. Các nguyên tắc của thủy lực được sử dụng tự nhiên trong cơ thể con người trong hệ thống mạch máu và mô cương dương. [2] [3] Thủy lực bề mặt tự do là nhánh của thủy lực xử lý dòng chảy bề mặt tự do , chẳng hạn như xảy ra ở sông , kênh , hồ , cửa sôngbiển . Dòng kênh mở trường con của nó nghiên cứu dòng chảy trong các kênh mở .

Từ "hydraulics" bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp ὑδραυλικός ( hydraulikos ) mà lần lượt bắt nguồn từ ὕδωρ ( hydor , tiếng Hy Lạp có nghĩa là nước ) và αὐλός ( aulos , có nghĩa là đường ống ). [4]

Lịch sử

Thời đại cổ đại và trung cổ

Cối xoay nước.

Việc sử dụng năng lượng nước ban đầu có từ thời Lưỡng Hà và Ai Cập cổ đại , nơi mà việc tưới tiêu đã được sử dụng từ thiên niên kỷ thứ 6 trước Công nguyên và đồng hồ nước đã được sử dụng từ đầu thiên niên kỷ thứ 2 trước Công nguyên. Những ví dụ ban đầu khác về sức mạnh nước bao gồm hệ thống Qanat ở Ba Tư cổ đại và hệ thống nước Turpan ở Trung Á cổ đại.

Đế chế Ba Tư

Trong Đế chế Ba Tư , người Ba Tư đã xây dựng một hệ thống phức tạp gồm các nhà máy nước, kênh đào và đập được gọi là Hệ thống Thủy lực Lịch sử Shushtar . Dự án được bắt đầu bởi vua Achaemenid Darius Đại đế và hoàn thành bởi một nhóm kỹ sư La Mã bị vua Sassanian Shapur I bắt giữ , [5] đã được UNESCO gọi là "kiệt tác của thiên tài sáng tạo". [5] Họ cũng là những nhà phát minh [6] của Qanat, một aqueduct ngầm. Một số khu vườn cổ, rộng lớn của Iran đã được tưới tiêu nhờ Qanats [7]

Bằng chứng sớm nhất về guồng nước và cối xay nước có từ thời Cận Đông cổ đại vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, [8] cụ thể là ở Đế chế Ba Tư trước năm 350 trước Công nguyên, ở các vùng Iraq , Iran , [9] và Ai Cập . [10]

Trung Quốc

Ở Trung Quốc cổ đại, có Sunshu Ao (thế kỷ 6 trước Công nguyên), Tây Môn Bảo (thế kỷ 5 trước Công nguyên), Du Shi (khoảng năm 31 sau Công nguyên), Zhang Heng (78 - 139 sau Công nguyên), và Mã Tuấn (200 - 265 sau Công nguyên), trong khi thời trung cổ. Trung Quốc có Su Song (1020 - 1101 SCN) và Shen Kuo (1031–1095). Du Shi đã sử dụng một guồng nước để cung cấp năng lượng cho ống thổi của một lò cao sản xuất gang . Zhang Heng là người đầu tiên sử dụng thủy lực để cung cấp động lực làm quay một quả cầu chạy bằng điện để quan sát thiên văn . [11][ cần dẫn nguồn ]

Sri Lanka

Moat và những khu vườn ở Sigiriya .

Ở Sri Lanka cổ đại, thủy lực được sử dụng rộng rãi trong các vương quốc cổ đại Anuradhapura và Polonnaruwa . [12] Việc phát hiện ra nguyên lý của tháp van, hay hố van, (Bisokotuwa ở Sinhalese) để điều chỉnh lượng nước thoát ra ngoài được cho là tài tình hơn 2.000 năm trước. [13] Đến thế kỷ thứ nhất sau Công Nguyên, một số công trình thủy lợi quy mô lớn đã được hoàn thành. [14] Hệ thống thủy lực vĩ ​​mô và vi mô để cung cấp cho nhu cầu nông nghiệp và làm vườn trong nước, thoát nước bề mặt và kiểm soát xói mòn, các dòng nước giải trí và trang trí, các công trình giữ nước và cả hệ thống làm mát cũng đã được đặt tại Sigiriya , Sri Lanka. San hô trên tảng đá khổng lồ tại khu vực này bao gồmbể chứa nước. Các hồ chứa cổ đại lớn của Sri Lanka là Kalawewa (Vua Dhatusena), Parakrama Samudra (Vua Parakrama Bahu), Tisa Wewa (Vua Dutugamunu), Minneriya (Vua Mahasen)

Thế giới Hy Lạp-La Mã

Ở Hy Lạp cổ đại , người Hy Lạp đã xây dựng các hệ thống năng lượng nước và thủy lực tinh vi. Một ví dụ là công trình xây dựng của Eupalinos , theo hợp đồng công khai, kênh dẫn nước cho Samos , Đường hầm Eupalinos . Một ví dụ ban đầu về việc sử dụng bánh xe thủy lực, có lẽ là sớm nhất ở châu Âu, là bánh xe Perachora (thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên). [15]

Ở Ai Cập Hy Lạp-La Mã , việc chế tạo máy tự động thủy lực đầu tiên của Ctesibius (phát triển vào khoảng năm 270 trước Công nguyên) và Anh hùng của Alexandria (khoảng 10 - 80 sau Công nguyên) là đáng chú ý. Hero mô tả một số máy làm việc sử dụng năng lượng thủy lực, chẳng hạn như máy bơm lực , được biết đến từ nhiều địa điểm của La Mã là đã được sử dụng để nâng nước và trong xe chữa cháy. [16]

Aqueduct of Segovia , một kiệt tác từ thế kỷ 1 sau Công nguyên.

Trong Đế chế La Mã , các ứng dụng thủy lực khác nhau đã được phát triển, bao gồm nguồn cung cấp nước công cộng, vô số hệ thống dẫn nước , năng lượng sử dụng cối xay nước và khai thác thủy lực . Họ là một trong những người đầu tiên sử dụng xi phông để dẫn nước qua các thung lũng, và sử dụng quá trình nghiền trên quy mô lớn để tìm kiếm và sau đó khai thác quặng kim loại . Họ đã sử dụng chì rộng rãi trong các hệ thống đường ống dẫn nước cung cấp cho sinh hoạt và công cộng, chẳng hạn như nhiệt điện cho ăn . [ cần dẫn nguồn ]

Khai thác thủy lực đã được sử dụng trong các mỏ vàng ở miền bắc Tây Ban Nha, nơi bị chinh phục bởi Augustus vào năm 25 trước Công nguyên. Mỏ vàng phù sa của Las Medulas là một trong những mỏ lớn nhất trong số các mỏ của họ. Ít nhất bảy ống dẫn nước dài đã làm việc đó, và các dòng nước được sử dụng để làm xói mòn lớp trầm tích mềm, và sau đó rửa sạch chất thải để lấy hàm lượng vàng quý giá. [17] [18]

Thế giới Ả Rập-Hồi giáo

Trong thế giới Hồi giáo trong thời kỳ Hoàng kim Hồi giáo và Cách mạng Nông nghiệp Ả Rập (thế kỷ 8 - 13), các kỹ sư đã sử dụng rộng rãi thủy điện cũng như sử dụng sớm năng lượng thủy triều , [19] và các tổ hợp nhà máy thủy lực lớn . [20] Một loạt các nhà máy công nghiệp nước-powered được sử dụng trong thế giới Hồi giáo, trong đó có fulling nhà máy, gristmills , nhà máy giấy , hullers , máy cưa , nhà máy tàu , nhà máy đóng dấu , các nhà máy thép , nhà máy đường , vàcác nhà máy thủy triều . Đến thế kỷ 11, mọi tỉnh trên khắp thế giới Hồi giáo đều có các nhà máy công nghiệp này hoạt động, từ Al-Andalus và Bắc Phi đến Trung Đông và Trung Á . [21] Các kỹ sư Hồi giáo cũng sử dụng tuabin nước , sử dụng bánh răng trong các cối xay nước và máy tăng nước, và đi tiên phong trong việc sử dụng các con đập như một nguồn năng lượng nước, được sử dụng để cung cấp thêm năng lượng cho các nhà máy nước và máy tăng nước. [22]

Al-Jazari (1136–1206) đã mô tả các thiết kế cho 50 thiết bị, nhiều thiết bị chạy bằng nước, trong cuốn sách của ông, Cuốn sách Kiến thức về các thiết bị cơ khí khéo léo , bao gồm đồng hồ nước, thiết bị phục vụ rượu và năm thiết bị để nâng nước từ sông hoặc hồ bơi. Chúng bao gồm một vành đai vô tận có gắn bình và một thiết bị chuyển động qua lại có van bản lề. [23]

Các máy lập trình sớm nhất là các thiết bị chạy bằng nước được phát triển ở thế giới Hồi giáo. Máy tuần tự âm nhạc , một loại nhạc cụ có thể lập trình , là loại máy lập trình sớm nhất. Bộ phối âm nhạc đầu tiên là một máy thổi sáo chạy bằng nước tự động do anh em Banu Musa phát minh , được mô tả trong Sách về các thiết bị khéo léo của họ , vào thế kỷ thứ 9. [24] [25] Năm 1206, Al-Jazari phát minh ra rô bốt / máy tự động có thể lập trình chạy bằng nước . Anh ấy mô tả bốn nhạc sĩ tự động hóa , bao gồm cả những người đánh trống được vận hành bởi một máy đánh trống có thể lập trình được, nơi chúng có thể được tạo ra để chơi các nhịp điệu khác nhau và các mẫu trống khác nhau. [26] Các đồng hồ lâu đài , một cơ khí thủy cung thiên văn đồng hồ phát minh bởi Al-Jazari, là người đầu tiên lập trình máy tính tương tự . [27] [28] [29]

Kỷ nguyên hiện đại (khoảng 1600 - 1870)

Benedetto Castelli

Năm 1619, Benedetto Castelli , một học trò của Galileo Galilei , đã xuất bản cuốn sách Della Misura dell'Acque Correnti hay "Về phép đo nước chảy", một trong những nền tảng của thủy động lực học hiện đại. Ông từng là cố vấn chính cho Giáo hoàng về các dự án thủy lợi, tức là quản lý các con sông ở các Quốc gia thuộc Giáo hoàng, bắt đầu từ năm 1626. [30]

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623–1662) nghiên cứu thủy động lực học và thủy tĩnh chất lỏng, tập trung vào các nguyên tắc của chất lỏng thủy lực. Khám phá của ông về lý thuyết đằng sau thủy lực dẫn đến việc ông phát minh ra máy ép thủy lực , nhân một lực nhỏ hơn tác động lên một khu vực nhỏ hơn thành một lực lớn hơn tổng cộng trên một diện tích lớn hơn, được truyền qua cùng một áp suất (hoặc sự thay đổi chính xác của áp suất ) tại cả hai địa điểm. Định luật Pascalhoặc nguyên tắc nêu rõ rằng đối với chất lỏng không nén được ở trạng thái nghỉ, sự chênh lệch áp suất tỷ lệ với chênh lệch độ cao và sự chênh lệch này vẫn giữ nguyên cho dù áp suất chung của chất lỏng có thay đổi bằng cách tác dụng ngoại lực hay không. Điều này ngụ ý rằng bằng cách tăng áp suất tại bất kỳ điểm nào trong chất lỏng hạn chế, sẽ có sự gia tăng bằng nhau ở mọi đầu khác của thùng chứa, tức là mọi thay đổi về áp suất tại bất kỳ điểm nào của chất lỏng đều được truyền qua chất lỏng một cách không hạn chế.

Jean Léonard Marie Poiseuille

Một bác sĩ người Pháp, Poiseuille (1797–1869) đã nghiên cứu dòng chảy của máu trong cơ thể và phát hiện ra một quy luật quan trọng chi phối tốc độ dòng chảy với đường kính của ống mà dòng chảy xảy ra. [31] [ cần dẫn nguồn ]

Ở Vương quốc Anh

Một số thành phố đã phát triển mạng lưới điện thủy lực trên toàn thành phố vào thế kỷ 19, để vận hành máy móc như thang máy, cần trục, capstans và những thứ tương tự. Joseph Bramah [32] (1748–1814) là một nhà đổi mới ban đầu và William Armstrong [33] (1810–1900) đã hoàn thiện bộ máy cung cấp điện trên quy mô công nghiệp. Tại Luân Đôn, Công ty Điện lực Luân Đôn [34] là nhà cung cấp chính các đường ống phục vụ các khu vực lớn của Khu vực phía Tây Luân Đôn , Thành phố và Bến tàu , nhưng có các chương trình hạn chế đối với các xí nghiệp đơn lẻ như bến tàu và bãi hàng hóa đường sắt .

Các mô hình thủy lực

Sau khi học sinh hiểu các nguyên tắc cơ bản của thủy lực, một số giáo viên sử dụng phép loại suy thủy lực để giúp học sinh tìm hiểu những điều khác. Ví dụ:

  • Các MONIAC máy tính sử dụng nước chảy qua các thành phần thủy lực cho sinh viên giúp đỡ tìm hiểu về kinh tế học.
  • Phép tương tự nhiệt-thủy lực sử dụng các nguyên lý thủy lực để giúp học sinh tìm hiểu về mạch nhiệt.
  • Phép tương tự điện tử - thủy lực sử dụng các nguyên lý thủy lực để giúp sinh viên tìm hiểu về điện tử.

Việc bảo toàn yêu cầu về khối lượng kết hợp với khả năng nén của chất lỏng tạo ra mối quan hệ cơ bản giữa áp suất, lưu lượng chất lỏng và sự giãn nở thể tích, như được trình bày bên dưới: [35]

Giả sử một chất lỏng không thể nén được hoặc một tỷ lệ "rất lớn" giữa khả năng nén so với thể tích chất lỏng chứa, tốc độ tăng áp suất hữu hạn đòi hỏi bất kỳ dòng chảy ròng nào vào thể tích chất lỏng được thu thập đều tạo ra sự thay đổi về thể tích.

Xem thêm

  • Luật sở thích
  • nguyên lý của Bernoulli
  • Kỹ thuật thủy lực
  • Khai thác thủy lực
  • Truyền động thủy lực
  • Hiệp hội Nghiên cứu và Kỹ thuật Môi trường Thủy văn Quốc tế
  • Luồng kênh mở
  • Khí nén
  • Năng lượng chất lỏng
  • Phanh thủy lực
  • Xi lanh thủy lực
  • Thủy văn

Ghi chú

  1. ^ NEZU Iehisa (1995), Suirigaku, Ryutai-rikigaku , Asakurae Shoten, tr. 17, ISBN 978-4-254-26135-6.
  2. ^ "Hệ thống tuần hoàn: Thủy lực của trái tim con người" . Ngày 1 tháng 5 năm 2017. Bản gốc lưu trữ ngày 1 tháng 5 năm 2017 . Truy cập ngày 19 tháng 3 năm 2019 .
  3. ^ Meldrum, David R. .; Burnett, Arthur L.; Dorey, Grace; Esposito, Katherine; Ignarro, Louis J. (2014). "Cương dương Hydraulics: Tối đa hóa dòng chảy vào trong khi giảm thiểu dòng chảy ra". Tạp chí Y học tình dục . 11 (5): 1208–20. doi : 10.1111 / jsm.12457 . PMID 24521101 . 
  4. ^ Chisholm, Hugh, ed. (Năm 1911). "Thủy lực"  . Bách khoa toàn thư Britannica . 14 (ấn bản thứ 11). Nhà xuất bản Đại học Cambridge. P. 35.
  5. ^ a b Trung tâm, Di sản Thế giới của UNESCO. "Hệ thống thủy lực lịch sử Shushtar" . Whc.unesco.org . Truy cập ngày 1 tháng 9 năm 2018 .
  6. ^ Goldsmith, Edward (2012). Các qanats của Iran .
  7. ^ "Các qanats của Iran · Edward Goldsmith" . archive.is . Ngày 14 tháng 4 năm 2013. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 4 năm 2013 . Truy cập ngày 1 tháng 9 năm 2018 .
  8. ^ Terry S. Reynolds, Stronger than a Hundred Men: A History of Vertical Water Wheel , JHU Press, 2002 ISBN 978-0-8018-7248-8 , tr. 14 
  9. ^ Selin, Helaine (2013). Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Westen Culture . Springer Science & Business Media . P. 282. ISBN 978-94-017-1416-7.
  10. ^ Stavros I. Yannopoulos, Gerasimos Lyberatos, Nicolaos Theodossiou, Wang Li, Mohammad Valipour, Aldo Tamburrino, Andreas N. Angelakis (2015). "Sự phát triển của các thiết bị nâng nước (máy bơm) qua nhiều thế kỷ trên toàn thế giới" . Nước . MDPI . 7 (9): 5031–5060. doi : 10.3390 / w7095031 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  11. ^ 1974-, Fu, Chunjiang; Liping., Yang; N., Han, Y.; Biên tập., Asiapac (2006). Nguồn gốc của khoa học và công nghệ Trung Quốc . Asiapac. ISBN 978-981-229-376-3. OCLC  71370433 .CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  12. ^ "Nghiên cứu quốc gia SriLanka-A" (PDF) . Chính phủ Hoa Kỳ, Bộ Quân đội. 1990. Bản gốc lưu trữ (PDF) ngày 5 tháng 9 năm 2012 . Truy cập ngày 9 tháng 11 năm 2011 .
  13. ^ "SriLanka - Lịch sử" . Trung tâm Nghiên cứu Châu Á, Đại học Bang Michigan. Bản gốc lưu trữ ngày 28 tháng 12 năm 2011 . Truy cập ngày 9 tháng 11 năm 2011 .
  14. ^ "SriLanka hoặc Ceylon truyền thống" . Đại học Bang Sam Houston. Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 9 năm 2011 . Truy cập ngày 9 tháng 11 năm 2011 .
  15. ^ Tomlinson, RA (2013). "Công trình nước Perachora: Addenda". Hội nghị thường niên của Trường học Anh Quốc tại Athens . 71 : 147–8. doi : 10.1017 / S0068245400005864 . JSTOR 30103359 . 
  16. ^ Bảo tàng, Victoria và Albert. "Danh mục bộ sưu tập kỹ thuật cơ khí trong Phòng Khoa học của Bảo tàng Victoria và Albert, Nam Kensington, với các ghi chú mô tả và lịch sử." Ulan Press. 2012.
  17. ^ Trung tâm, Di sản Thế giới được UNESCO công nhận. "Las Médulas" . Whc.unesco.org . Truy cập ngày 13 tháng 6 năm 2017 .
  18. ^ "Las Médulas" . Castilla y León Di sản Thế giới được UNESCO công nhận (bằng tiếng Tây Ban Nha). Ngày 30 tháng 10 năm 2014 . Truy cập ngày 13 tháng 6 năm 2017 .
  19. ^ Ahmad Y. al-Hassan (1976). Taqi al-Din và Kỹ thuật Cơ khí Ả Rập , trang 34–35. Viện Lịch sử Khoa học Ả Rập, Đại học Aleppo .
  20. ^ Maya Shatzmiller , tr. 36.
  21. ^ Adam Robert Lucas (2005), "Phay công nghiệp trong thế giới cổ đại và trung cổ: Khảo sát về bằng chứng cho một cuộc cách mạng công nghiệp ở châu Âu thời trung cổ," Công nghệ và Văn hóa 46 (1), trang 1–30 [10].
  22. ^ Ahmad Y. al-Hassan , Chuyển giao công nghệ Hồi giáo sang phương Tây, Phần II: Truyền kỹ thuật Hồi giáo Lưu trữ ngày 18 tháng 2 năm 2008 tại Wayback Machine
  23. ^ Al-Hassani, Salim. "800 năm sau: Tưởng nhớ Al-Jazari, một kỹ sư cơ khí thiên tài" . Di sản Hồi giáo . Nền tảng Khoa học, Công nghệ và Văn minh . Truy cập ngày 30 tháng 4 năm 2015 .
  24. ^ Koetsier, Teun (2001), "Về tiền sử của máy có thể lập trình: máy tự động âm nhạc, máy dệt, máy tính", Cơ chế và lý thuyết máy , Elsevier, 36 (5): 589–603, doi : 10.1016 / S0094-114X (01) 00005-2 .
  25. ^ Kapur, Ajay; Carnegie, Dale; Murphy, Jim; Long, Jason (2017). "Tùy chọn Loa: Lịch sử của âm nhạc điện tử dựa trên không có loa" . Âm thanh có tổ chức . Nhà xuất bản Đại học Cambridge . 22 (2): 195–205. doi : 10.1017 / S1355771817000103 . ISSN 1355-7718 . 
  26. ^ Giáo sư Noel Sharkey, Người máy lập trình thế kỷ 13 (Lưu trữ) , Đại học Sheffield .
  27. ^ "Tập 11: Robot cổ đại" , Khám phá cổ đại , Kênh Lịch sử , truy cập ngày 6 tháng 9 năm 2008
  28. ^ Howard R. Turner (1997), Khoa học trong Hồi giáo thời Trung cổ: Lời giới thiệu được minh họa , tr. 184, Nhà xuất bản Đại học Texas , ISBN 978-0-292-78149-8 
  29. ^ Donald Routledge Hill , "Cơ khí ở Cận Đông Trung cổ", Scientific American , tháng 5 năm 1991, trang 64-9 ( xem Donald Routledge Hill , Cơ khí )
  30. ^ "Dự án Galileo - Khoa học - Benedetto Castelli" . Galileo.rice.edu .
  31. ^ Sutera và Skalak, Salvatore và Richard. Lịch sử của định luật Poiseuille. Annu. Rev. Fluid Mech. Năm 1993. 25: 1-19.
  32. ^ "Joseph Bramah" . Robinsonlibrary.com . 23 tháng 3 năm 2014 . Truy cập ngày 8 tháng 4 năm 2014 .
  33. ^ "William George Armstrong, Nam tước Armstrong của Cragside (1810-1900)" . Victorianweb.org . Ngày 22 tháng 12 năm 2005 . Truy cập ngày 8 tháng 4 năm 2014 .
  34. ^ "Subterranea Britannica: Sites: Thủy lực ở London" . Subbrit.org.uk . Ngày 25 tháng 9 năm 1981 . Truy cập ngày 8 tháng 4 năm 2014 .
  35. ^ "Bản sao đã lưu trữ" (PDF) . Bản gốc lưu trữ (PDF) vào ngày 23 tháng 4 năm 2018 . Truy cập ngày 23 tháng 4 năm 2018 . CS1 maint: archived copy as title (link)

Tài liệu tham khảo

  • Rāshid, Rushdī; Morelon, Régis (1996), Bách khoa toàn thư về lịch sử khoa học Ả Rập , London: Routledge, ISBN 978-0-415-12410-2.

Liên kết bên ngoài

  • Nguyên lý Pascal và Thủy lực
  • Nguyên lý của thủy lực
  • Thư viện phương tiện IAHR Tài nguyên web về ảnh, hoạt ảnh và video
  • Phương trình thủy lực cơ bản
  • Ghi chú khóa học thủy lực MIT