Hydraulik - Hydraulics

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Hydraulik und andere Studien
Ein offener Kanal mit gleichmäßiger Tiefe. Die Open-Channel-Hydraulik befasst sich mit gleichmäßigen und ungleichmäßigen Strömen.
Abbildung von hydraulisch und hydrostatisch.

Hydraulik (aus dem Griechischen : Υδραυλική) ist eine Technologie und angewandte Wissenschaft unter Verwendung von Ingenieurwissenschaften , Chemie und anderen Wissenschaften, die die mechanischen Eigenschaften und die Verwendung von Flüssigkeiten betreffen . Auf einer sehr einfachen Ebene ist die Hydraulik das flüssige Gegenstück zur Pneumatik , die Gase betrifft . Die Strömungsmechanik bildet die theoretische Grundlage für die Hydraulik, die sich auf die angewandte Technik unter Verwendung der Eigenschaften von Flüssigkeiten konzentriert. In seinen Fluidkraftanwendungen wird Hydraulik zur Erzeugung, Steuerung und Übertragung von Kraft unter Verwendung von unter Druck stehenden Flüssigkeiten verwendet. Hydraulische Themen reichen durch einige Teile der Wissenschaft und die meisten technischen Modulen und Deckungskonzepte wie Rohrströmung , dam Design, Fluidik und der Fluidsteuerschaltung. Die Prinzipien der Hydraulik werden natürlich im menschlichen Körper innerhalb des Gefäßsystems und des erektilen Gewebes angewendet. Freie Oberflächenhydraulik ist der Zweig der Hydraulik, der sich mit freiem Oberflächenfluss befasst , wie er beispielsweise in Flüssen , Kanälen , Seen , Flussmündungen und Meeren auftritt . Sein Teilfeld- Open-Channel-Flow untersucht den Flow in offenen Kanälen .

Das Wort "Hydraulik" stammt aus dem Griechischen ὑδραυλικός ( Hydraulikos ), das wiederum aus ὕδωρ ( Hydor , Griechisch für Wasser ) und αὐλός ( Aulos , was Rohr bedeutet ) stammt.

Geschichte

Antike und mittelalterliche Epochen

Wasserräder.

Die frühe Nutzung der Wasserkraft geht auf Mesopotamien und das alte Ägypten zurück , wo seit dem 6. Jahrtausend v . Chr. Bewässerung und seit dem frühen 2. Jahrtausend v. Chr. Wasseruhren verwendet wurden. Andere frühe Beispiele für Wasserkraft sind das Qanat- System im alten Persien und das Turpan-Wassersystem im alten Zentralasien.

persisches Königreich

Im Persischen Reich bauten die Perser ein kompliziertes System von Wassermühlen, Kanälen und Dämmen, das als Shushtar Historical Hydraulic System bekannt ist . Das Projekt, das vom achämenidischen König Darius dem Großen begonnen und von einer Gruppe römischer Ingenieure abgeschlossen wurde, die vom sassanischen König Shapur I. gefangen genommen wurden , wurde von der UNESCO als "Meisterwerk kreativen Genies" bezeichnet. Sie waren auch die Erfinder des Qanat, eines unterirdischen Aquädukts. Einige der großen alten Gärten des Iran wurden dank Qanats bewässert

Die frühesten Hinweise auf Wasserräder und Wassermühlen stammen aus dem alten Nahen Osten im 4. Jahrhundert v. Chr., Insbesondere im Persischen Reich vor 350 v. Chr. In den Regionen Irak , Iran und Ägypten .

China

Im alten China gab es im Mittelalter Sunshu Ao (6. Jahrhundert v. Chr.), Ximen Bao (5. Jahrhundert v. Chr.), Du Shi (ca. 31 n. Chr.), Zhang Heng (78 - 139 n. Chr.) Und Ma Jun (200 - 265 n. Chr.) China hatte Su Song (1020 - 1101 n. Chr.) Und Shen Kuo (1031–1095). Du Shi benutzte ein Wasserrad , um den Balg eines Hochofens anzutreiben , der Gusseisen herstellt . Zhang Heng war der erste, der Hydraulik einsetzte, um Antriebskraft beim Drehen einer Armillarsphäre für die astronomische Beobachtung bereitzustellen .

Sri Lanka

Wassergraben und Gärten in Sigiriya .

Im alten Sri Lanka war die Hydraulik in den alten Reichen Anuradhapura und Polonnaruwa weit verbreitet . Die Entdeckung des Prinzips des Ventilturms oder der Ventilgrube (Bisokotuwa auf Singhalesisch) zur Regulierung des Wasseraustritts wird vor mehr als 2.000 Jahren dem Einfallsreichtum zugeschrieben. Bis zum ersten Jahrhundert nach Christus waren mehrere großflächige Bewässerungsarbeiten abgeschlossen. In Sigiriya , Sri Lanka, gab es Makro- und Mikrohydraulik für den gartenbaulichen und landwirtschaftlichen Bedarf, Oberflächenentwässerung und Erosionsschutz, Zier- und Freizeitwasserläufe und Stützstrukturen sowie Kühlsysteme . Die Koralle auf dem massiven Felsen an der Stelle enthält Zisternen zum Sammeln von Wasser. Große alte Stauseen in Sri Lanka sind Kalawewa (König Dhatusena), Parakrama Samudra (König Parakrama Bahu), Tisa Wewa (König Dutugamunu), Minneriya (König Mahasen).

Griechisch-römische Welt

Im antiken Griechenland bauten die Griechen hoch entwickelte Wasser- und Hydrauliksysteme. Ein Beispiel ist der Bau eines Wasserkanals für Samos , des Tunnels von Eupalinos, durch Eupalinos im Rahmen eines öffentlichen Auftrags . Ein frühes Beispiel für die Verwendung von Hydraulikrädern, wahrscheinlich das früheste in Europa, ist das Perachora-Rad (3. Jahrhundert v. Chr.).

In der griechisch-römischen Ägypten , den Bau der ersten hydraulischen Maschine Automaten durch Ctesibius und (c blühenden 270 BC.) Hero of Alexandria (c . 10 - 80 AD) ist bemerkenswert. Hero beschreibt mehrere Arbeitsmaschinen, die mit hydraulischer Kraft betrieben werden, wie beispielsweise die Kraftpumpe , die an vielen römischen Standorten als Wasseraufbereitungsanlage und in Feuerwehrautos bekannt ist.

Aquädukt von Segovia , ein Meisterwerk aus dem 1. Jahrhundert nach Christus.

Im Römischen Reich wurden verschiedene hydraulische Anwendungen entwickelt, darunter öffentliche Wasserversorgung, unzählige Aquädukte , Strom aus Wassermühlen und hydraulischer Bergbau . Sie gehörten zu dem ersten Einsatz der machen Siphon zu tragen Wasser durch Täler und gebrauchter hushing in großem Umfang zum Aufsuchen und dann Extrakt Metallerzen . Sie benutzten führen weit verbreitet in der Sanitär - Systemen für die private und öffentliche Versorgung, wie Fütterung thermae .

In den Goldfeldern Nordspaniens, die 25 v. Chr. Von Augustus erobert wurden, wurde hydraulischer Bergbau betrieben . Die alluviale Goldmine von Las Medulas war eine der größten ihrer Minen. Mindestens sieben lange Aquädukte arbeiteten daran, und die Wasserströme wurden verwendet, um die weichen Ablagerungen zu erodieren und dann die Rückstände für den wertvollen Goldgehalt zu waschen.

Arabisch-islamische Welt

In der muslimischen Welt nutzten die Ingenieure während des islamischen Goldenen Zeitalters und der arabischen Agrarrevolution (8. bis 13. Jahrhundert) in großem Umfang die Wasserkraft sowie die frühen Gezeitenkraftwerke und großen hydraulischen Fabrikkomplexe . Eine Vielzahl von wasserbetriebenen industriellen Mühlen wurden in der islamischen Welt, darunter verwendet fulling Mühlen, gristmills , Papierfabriken , hullers , Sägewerke , Schiffsmühlen , Pochwerke , Stahlwerke , Zuckerfabriken , und Gezeitenmühlen . Im 11. Jahrhundert hatte jede Provinz in der gesamten islamischen Welt diese industriellen Mühlen in Betrieb, von Al-Andalus und Nordafrika auf den Nahen Osten und Zentralasien . Muslimische Ingenieure verwendeten auch Wasserturbinen , setzten Zahnräder in Wassermühlen und Wasseraufbereitungsmaschinen ein und leisteten Pionierarbeit bei der Verwendung von Dämmen als Wasserkraftquelle, mit der Wassermühlen und Wasseraufbereitungsmaschinen zusätzlich mit Strom versorgt wurden.

Al-Jazari (1136–1206) beschrieb in seinem Buch Das Buch des Wissens über geniale mechanische Geräte Entwürfe für 50 Geräte, von denen viele wasserbetrieben sind , darunter Wasseruhren, ein Gerät zum Servieren von Wein und fünf Geräte zum Heben von Wasser von Flüssen oder Pools. Dazu gehören ein Endlosband mit angebrachten Krügen und eine Hubkolbenvorrichtung mit Klappventilen.

Die frühesten programmierbaren Maschinen waren wasserbetriebene Geräte, die in der muslimischen Welt entwickelt wurden. Ein Musiksequenzer , ein programmierbares Musikinstrument , war der früheste Typ einer programmierbaren Maschine. Der erste Musiksequenzer war ein automatisierter Flötenspieler mit Wasserantrieb , der im 9. Jahrhundert von den Brüdern Banu Musa erfunden wurde und in ihrem Buch der genialen Geräte beschrieben wurde. Im Jahr 1206 erfand Al-Jazari wasserbetriebene programmierbare Automaten / Roboter . Er beschrieb vier Automatenmusiker , darunter Schlagzeuger, die von einem programmierbaren Drumcomputer bedient wurden , wo sie dazu gebracht werden konnten, verschiedene Rhythmen und verschiedene Drum-Patterns zu spielen. Die Burguhr , eine von Al-Jazari erfundene mechanisch- astronomische Uhr mit Wasserkraftantrieb , war der erste programmierbare analoge Computer .

Moderne (ca. 1600 - 1870)

Benedetto Castelli

1619 veröffentlichte Benedetto Castelli , ein Schüler von Galileo Galilei , das Buch Della Misura dell'Acque Correnti oder "Über die Messung von fließendem Wasser", eine der Grundlagen der modernen Hydrodynamik. Er war ab 1626 Chefberater des Papstes bei hydraulischen Projekten, dh der Bewirtschaftung von Flüssen in den Kirchenstaaten.

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623–1662) studierte Fluidhydrodynamik und Hydrostatik, wobei er sich auf die Prinzipien von Hydraulikflüssigkeiten konzentrierte. Seine Entdeckung der Theorie hinter der Hydraulik führte zu seiner Erfindung der hydraulischen Presse , die eine kleinere Kraft, die auf einen kleineren Bereich wirkt, mit der Anwendung einer größeren Kraft multipliziert, die über einen größeren Bereich summiert wird und durch denselben Druck (oder exakte Druckänderung) übertragen wird ) an beiden Standorten. Das Gesetz oder Prinzip von Pascal besagt, dass für ein inkompressibles Fluid in Ruhe der Druckunterschied proportional zum Höhenunterschied ist und dieser Unterschied gleich bleibt, unabhängig davon, ob der Gesamtdruck des Fluids durch Aufbringen einer externen Kraft geändert wird oder nicht. Dies impliziert, dass durch Erhöhen des Drucks an jedem Punkt in einer eingeschlossenen Flüssigkeit an jedem anderen Ende des Behälters ein gleicher Anstieg auftritt, dh jede an jedem Punkt der Flüssigkeit ausgeübte Druckänderung wird unvermindert durch die Flüssigkeiten übertragen.

Jean Léonard Marie Poiseuille

Ein französischer Arzt, Poiseuille (1797–1869), untersuchte den Blutfluss durch den Körper und entdeckte ein wichtiges Gesetz, das die Flussrate mit dem Durchmesser des Rohrs regelt, in dem der Fluss auftrat.

Im Vereinigten Königreich

Mehrere Städte entwickelten im 19. Jahrhundert stadtweite Wasserkraftnetze , um Maschinen wie Aufzüge, Kräne, Winde und dergleichen zu betreiben. Joseph Bramah (1748–1814) war ein früher Innovator, und William Armstrong (1810–1900) perfektionierte den Apparat zur Stromabgabe im industriellen Maßstab. In London, der London Hydraulic Power Company war ein bedeutender Lieferant seine Rohre dienen , große Teile des West End von London , der Stadt und den Docks , aber es gab auf einzelne Unternehmen beschränkt Systeme wie Docks und Eisenbahngüter Meter .

Hydraulikmodelle

Nachdem die Schüler die Grundprinzipien der Hydraulik verstanden haben, verwenden einige Lehrer eine hydraulische Analogie , um den Schülern zu helfen, andere Dinge zu lernen. Beispielsweise:

  • Der MONIAC-Computer verwendet Wasser, das durch Hydraulikkomponenten fließt, um den Schülern das Erlernen der Wirtschaftswissenschaften zu erleichtern .
  • Die thermohydraulische Analogie verwendet hydraulische Prinzipien, um den Schülern das Erlernen von Wärmekreisläufen zu erleichtern.
  • Die elektronisch- hydraulische Analogie verwendet hydraulische Prinzipien, um den Schülern das Erlernen der Elektronik zu erleichtern.

Die Erhaltung des Massenbedarfs in Kombination mit der Kompressibilität des Fluids ergibt eine grundlegende Beziehung zwischen Druck, Fluidfluss und Volumenausdehnung, wie unten gezeigt:

Unter der Annahme eines inkompressiblen Fluids oder eines "sehr großen" Verhältnisses von Kompressibilität zu enthaltenem Fluidvolumen erfordert eine endliche Druckanstiegsrate, dass jeder Nettostrom in das gesammelte Fluidvolumen eine Volumenänderung erzeugt.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

  • Rāshid, Rushdī; Morelon, Régis (1996), Enzyklopädie der Geschichte der arabischen Wissenschaft , London: Routledge, ISBN   978-0-415-12410-2 .

Externe Links