Основы гидравлики и теплотехники

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ 
И ТЕПЛОТЕХНИКИ

С.Ф. ВОЛЬВАК
Ю.Н. УЛЬЯНЦЕВ
Д.Н. БАХАРЕВ
А.А. ДОБРИЦКИЙ

Москва
ИНФРА-М
2022

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для учебных заведений, реализующих программу 
среднего профессионального образования 
по техническим специальностям 
(протокол № 9 от 17.11.2021)

УДК [532+536](075.32)
ББК 30.123:31.31я723
 
В71

Вольвак С.Ф.
В71  
Основы гидравлики и теплотехники : учебное пособие / С.Ф. Вольвак, Ю.Н. Ульянцев, Д.Н. Бахарев, А.А. Добрицкий. — Москва : 
ИНФРА-М, 2022. — 525 с. — (Среднее профессиональное образование). — DOI 10.12737/1865774.

ISBN 978-5-16-017670-3 (print)
ISBN 978-5-16-110313-5 (online)
Учебное пособие соответствует программе дисциплины «Основы гидравлики и теплотехники» и состоит из трех разделов: «Основы гидравлики», «Основы гидромеханизации сельскохозяйственных процессов» 
и «Основы теплотехники».
Содержит материал по изучению основ гидростатики и гидродинамики, технической термодинамики, теории теплообмена и теплопередачи, 
отопления, кондиционирования и вентиляции помещений, устройства 
и принципа работы гидравлических машин, средств гидромеханизации 
сельскохозяйственных процессов, тепловых двигателей, теплообменных 
аппаратов и теплоэнергетических установок.
Предназначено для обучающихся всех форм обучения по специальностям 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства», 35.02.16 «Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования» и другим 
техническим специальностям и направлениям подготовки среднего профессионального и высшего образования, а также для преподавателей и инженерно-технических работников агропромышленного комплекса.

УДК [532+536](075.32)
ББК 30.123:31.31я723

Р е ц е н з е н т ы:
Вендин С.В., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электрооборудования и электротехнологий в АПК Белгородского государственного аграрного университета;
Саенко Ю.В., доктор технических наук, профессор кафедры машин 
и оборудования в агробизнесе Белгородского государственного аграрного университета

ISBN 978-5-16-017670-3 (print)
ISBN 978-5-16-110313-5 (online)

© Вольвак С.Ф., Ульянцев Ю.Н., 
Бахарев Д.Н., Добрицкий А.А., 
2022

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 

Введение ………………………………………………………………………. 

Раздел 1.  ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ 

1.   Гидростатика и гидродинамика ………………………………………….. 

1.1 
Основные физические свойства жидкостей ……………………… 

1.2 
Гидростатическое давление и его свойства ………………………. 

1.3 
Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения 
Эйлера) ................................................................................................... 

1.4 
Поверхности равного давления …………………………………… 

1.5 
Основное уравнение гидростатики ……………………………….. 

1.6 
Виды давления и приборы для его измерения …………………… 

1.7 
Сила гидростатического давления жидкости на плоские 
поверхности ………………………………………………………… 

1.8 
Сила гидростатического давления жидкости на криволинейные 
поверхности ………………………………………………………… 

1.9 
Эпюры гидростатического давления. Гидростатический 
парадокс .............................................................................................. 

1.10 Закон Архимеда и равновесие плавающих тел …………………... 
1.11 Простейшие машины гидростатического действия ……………… 
Контрольные вопросы по теме «Гидростатика» ……………………... 
1.12 Виды и основные характеристики движения жидкости ………… 
1.13 Уравнение неразрывности потока ………………………………… 
1.14 Уравнение Бернулли. Энергетический и физический смысл        
и графическая интерпретация ……………………………………... 

1.15 Виды гидравлических сопротивлений ……………………………. 
1.16 Основное уравнение равномерного движения жидкости ……….. 
1.17 Режимы движения жидкости. Число Рейнольдса ………………... 
1.18 Кавитация …………………………………………………………… 
1.19 Потери напора по длине канала …………………………………… 
1.20 Коэффициент гидравлического трения …………………………… 
1.21 Местные потери напора ……………………………………………. 
1.22 Общие потери напора при движении жидкости …………………. 
1.23 Истечение жидкости через отверстия. Классификация отверстий ... 
1.24 Истечение жидкости через малое отверстие при постоянном 

уровне .................................................................................................. 

1.25 Истечение жидкости через малое отверстие при переменном 
уровне ……………………………………………………………….. 

1.26 Истечение жидкости через насадки. Классификация насадков … 
1.27 Гидравлические струи ……………………………………………... 
1.28 Гидравлический расчёт напорных трубопроводов. 
Классификация трубопроводов и основные расчётные 
зависимости ………………………………………………………… 
1.29 Расчёт короткого трубопровода …………………………………… 

6 

 

15 
15 
19 
 
22 
23 
25 
27 
 
32 
 
35 
 
37 
39 
41 
47 
48 
54 
 
55 
61 
62 
63 
66 
67 
68 
72 
79 
81 
 
82 
 
85 
86 
90 
 
 
92 
94 

1.30 Расчёт длинного трубопровода с последовательным 

соединением труб ………………………………………………….. 

1.31 Расчёт длинного трубопровода с параллельным соединением 

труб ………………………………………………………………….. 

1.32 Расчёт длинного трубопровода с равномерным путевым 
расходом …………………………………………………………….. 

1.33 Гидравлический удар в напорных трубопроводах ………………. 
1.34 Основы гидродинамического подобия …………………………… 
Контрольные вопросы по теме «Гидродинамика» …………………….. 
2.   Гидравлические машины ............................................................................ 

2.1 
Классификация гидравлических машин ………………………….. 

2.2 
Классификация и основные рабочие параметры насосов ……….. 

2.3 
Динамические насосы. Насосы лопастные ……………………….. 

2.4 
Насосы трения ……………………………………………………… 

2.5 
Насосы центробежно-вихревые …………………………………… 

2.6 
Объёмные насосы ………………………………………................... 

2.7 
Сравнение и области применения насосов различных типов …… 

2.8 
Классификация и основные параметры гидродвигателей ………. 

2.9 
Гидродвигатели объёмного типа ………………………………….. 

2.10 Гидродвигатели динамического действия ………………………... 
2.11 Классификация, устройство и принцип действия вентиляторов … 
2.12 Классификация, устройство и принцип действия компрессоров … 
Контрольные вопросы по теме «Гидравлические машины» …………... 

Раздел 2. ОСНОВЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ 

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 

3.   Гидропривод сельскохозяйственной техники .......................................... 

3.1 
Виды и область применения гидропривода ……………………… 

3.2 
Основные сведения о гидропередачах …………………………… 

3.3 
Объёмный гидропривод …………………………………………… 

3.4 
Гидродинамические передачи …………………………………….. 

Контрольные вопросы по теме «Гидропривод сельскохозяйственной 
техники» ………………………………………………………………….. 
4.   Основы гидромелиорации и сельскохозяйственного водоснабжения .... 

4.1 
Характеристика и комплексное использование природных 
водных ресурсов ……………………………………………………. 

4.2 
Назначение и виды мелиорации …………………………………... 

4.3 
Системы гидромелиорации ………………………………………... 

4.4 
Виды, способы и режимы орошения ……………………………… 

4.5 
Оросительная и поливная нормы ………………………………….. 

4.6 
Источники воды для орошения ……………………………………. 

4.7 
Средства механизации полива сельскохозяйственных культур … 

4.8 
Особенности сельскохозяйственного водоснабжения …………... 

4.9 
Классификация систем водоснабжения …………………………... 

4.10 Требования к качеству воды и способы его улучшения ………… 

 
96 
 
97 
 
98 
99 
104 
109 
111 
111 
115 
120 
138 
142 
144 
183 
187 
190 
211 
223 
233 
246 

 

 
249 
249 
253 
261 
319 
 
330 
331 
 
331 
337 
342 
348 
353 
356 
357 
367 
368 
369 

4.11 Нормы и режимы водопотребления ………………………………. 
4.12 Виды водопроводных сооружений ………………………………... 
4.13 Средства механизации подъёма воды …………………………….. 
4.14 Основные схемы сельскохозяйственного водоснабжения 

водопроводами ……………………………………………………... 

4.15 Пастбищное и полевое водоснабжение …………………………… 
4.16 Основные сведения о гидропневмотранспорте ………………….. 
4.17 Физико-механические свойства и реологические параметры 

гидросмесей. Транспортирующая способность потока …………. 

4.18 Классификация гидропневмотранспортных установок …………. 
4.19 Производительность и основные расчётные параметры 

гидропневмотранспортных установок ……………………………. 

4.20 Типовые схемы гидропневмотранспортных установок …………. 
4.21 Тенденции совершенствования гидрооборудования …………….. 
Контрольные вопросы по теме «Основы гидромелиорации 
и сельскохозяйственного водоснабжения» ……………………………... 

Раздел 3. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ 

5.   Основы технической термодинамики …………………………………… 

5.1 
Основные понятия и определения технической термодинамики … 

5.2 
Теплоемкость. Термодинамические процессы. Законы 
термодинамики …………………………………………………….. 

5.3 
Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания. 
Компрессоры ……………………………………………………….. 

Контрольные вопросы по теме «Основы технической  
термодинамики» ………………………………………………………….. 

6.   Основы теории теплообмена …………………………………………….. 

6.1 
Основы теории тепломассообмена ……………………………….. 

6.2 
Теплопередача и теплообменные аппараты ……………………… 

6.3 
Теплоэнергетические установки ………………………………….. 

Контрольные вопросы по теме «Основы теории теплообмена» …….. 

7.   Теплотехника в сельском хозяйстве …………………………………….. 

7.1 
Использование теплоты в сельском хозяйстве …………………... 

7.2 
Отопление, кондиционирование и вентиляция 
производственных и коммунально-бытовых зданий ……………. 

Контрольные вопросы по теме «Теплотехника в сельском     
хозяйстве» ………………………………………………………………… 

Список использованной литературы ……………………………………... 

374 
378 
392 
 
397 
400 
405 
 
405 
410 
 
414 
417 
426 
 
436 

 

439 
439 
 
445 
 
455 
 
468 
469 
469 
478 
485 
502 
503 
503 
 
508 
 
516 

517 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Предмет гидравлики и теплотехники 

 

Инженерно-техническим 
работникам 
сельскохозяйственного 

производства в своей производственной практике приходится сталкиваться с 
вопросами использования воды и других жидкостей, взаимопреобразования и 
передачи энергии, переноса теплоты и вещества в технологических процессах 
производства и переработки сельскохозяйственной продукции. 
Программой учебной дисциплины «Основы гидравлики и теплотехники» 
по специальностям СПО 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства», 35.02.16 
«Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования» 
предусматривается изучение теоретических основ гидравлики и теплотехники, 
устройства и принципов работы гидравлических, теплогенерирующих и 
нагревательных установок. 
Дисциплина 
«Основы 
гидравлики 
и 
теплотехники» 
является 
общетехнической дисциплиной базового уровня и относится к группе 
общепрофессиональных дисциплин профессионального цикла. Гидравлика и 
теплотехника являются одними из технических наук, составляющих фундамент 
инженерных знаний. 
Гидравлика – наука, изучающая законы равновесия и движения 
жидкостей и разрабатывающая методы их применения для решения 
практических задач. Гидравлика – одна из самых древних наук в мире. Человек 
с первых шагов своего исторического развития ещё задолго до нашей эры, был 
вынужден практически заниматься решением различных гидравлических задач. 
Человечество с древнейших времён занимали законы движения жидкости и 
вопросы использования её энергии. 

Название «гидравлика» происходит от сочетания греческих слов «хюдор» 

(hydor) – вода и «аулос» (aulos) – труба, жёлоб и первоначально обозначало 
учение о движении воды по трубам. Такое трактование гидравлики имеет 
теперь лишь историческое значение, так как с развитием производства н 
техники область применения законов гидравлики существенно расширилась. 

На законах гидравлики основан расчёт разнообразных гидротехнических 

сооружений (например, плотин, каналов, водосливов), трубопроводов для 
подачи различных жидкостей, гидравлических машин и приводов, а также 
других гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники. 
Гидравлика – это отрасль знаний, которая характеризуется синтезом 
теоретических и экспериментальных методов и тесной связью теоретических 
исследований с решением практических задач. Подобно механике твёрдого тела 
гидравлику можно разделить на три части: в статике изучаются законы 
равновесия жидкостей; в кинематике – связи между геометрическими 
характеристиками движения и временем (скорости и ускорения); в динамике – 
законы движения жидкостей с учётом действующих сил. Однако исторически 
сложилось так, что кинематику жидкости присоединяют к динамике. Таким 
образом, гидравлика делится на гидростатику и гидродинамику. 

Быстрый рост техники привели к интенсивному развитию гидравлики. 
Почти во всех областях техники применяются гидравлические устройства, 
основанные на использовании законов гидравлики. 
Практическое значение гидравлики возрастает в связи с потребностями 
современной 
техники 
в 
создании 
высокопроизводительных 
средств 
механизации 
и 
автоматизации 
на 
основе 
гидропривода, 
гидропневмотранспорта, решением вопросов водоснабжения и водоотведения, 
орошения и осушения сельскохозяйственных угодий, использования воды как 
технического средства для водного транспорта, использования других 
жидкостей в гидравлических машинах, выработки и передачи энергии на 
расстояния. Особое значение имеют вопросы инженерного использования и 
охраны водных ресурсов. Значимость этих вопросов для инженернотехнических работников сельскохозяйственного производства становится особо 
понятной, если учесть, что две трети всего объёма воды, потребляемой 
народным хозяйством страны, приходится на сельское хозяйство. 

Несмотря на различие физических свойств жидкостей и газов, связанное с 

большой сжимаемостью газов, многие законы их движения и равновесия при 
определённых условиях можно считать одинаковыми, поэтому гидравлику в 
настоящее время рассматривают в качестве единой науки с аэродинамикой – 
технической механики жидкости, которая, опираясь на основные законы 
физики и теоретической механики, широко использует математический 
аппарат. 

Гидравлика непосредственно связана и с интенсивно развивающейся в 

настоящее время наукой – теплотехникой, изучающей технические средства 
превращения природных энергоресурсов (топлива, урана, тепла недр Земли, 
излучения Солнца) в непосредственно используемые формы энергии: теплоту, 
работу и электричество. 
Теплотехника 
– 
наука, 
которая 
изучает 
методы 
получения, 
преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы 
действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и 
устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для 
установления наиболее рациональных способов его использования, анализа 
экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, 
наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка 
теоретических основ теплотехники. 

Теплотехника рассматривает тепловые двигатели, холодильные машины 

и термопреобразователи, компрессоры и вентиляторы, топливосжигаюшие 
устройства и котельные установки. 
Основу теплотехники составляют техническая термодинамика и теория 
тепломассообмена. 
Термодинамика 
– 
это 
наука, 
которая 
изучает 
законы 
взаимопреобразования и передачи энергии. Термодинамика рассматривает 
закономерности превращения энергии в различных физических, химических и 
других процессах. Термодинамика основывается на двух фундаментальных 
законах природы: первом и втором началах термодинамики. 

Теория тепломассообмена рассматривает процессы переноса теплоты в 
пространстве 
с 
неоднородным 
распределением 
температур, 
часто 
сопровождающееся при этом переносом вещества. 

Знание законов гидравлики и теплотехники необходимо для решения 

многих технических вопросов при расчёте и проектировании трубопроводов, 
аппаратов 
и 
машин, 
агрегатов 
и 
установок 
сельскохозяйственного 

производства, 
в 
том 
числе 
в 
области 
водоснабжения, 
канализации, 

теплогазоснабжения и вентиляции.  

Кроме того, гидравлика и теплотехника служат теоретической базой при 

изучении ряда специальных дисциплин, входящих в учебный план по 
специальностям СПО 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства», 35.02.16 
«Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования». 
Целью преподавания дисциплины является получение теоретических 
знаний и практических навыков в области гидравлики и теплотехники и 
овладение методами решения задач механизации сельскохозяйственных 
процессов. 
Преподавание дисциплины следует вести во взаимосвязи с другими 
учебными дисциплинами в соответствии с требованиями ФГОС к минимуму 
содержания и уровню подготовки выпускников по специальности. 
При изложении учебного материала следует раскрывать физическую 
сущность изучаемых явлений и закономерностей, соблюдать единство 
терминологии и обозначений физических и технических величин согласно 
требованиям действующих государственных стандартов, а также следует 
освещать вопросы безопасности труда, пожарной безопасности и охраны 
окружающей природной среды. В процессе обучения необходимо использовать 
современные учебно-наглядные пособия и технические средства обучения. 
В целях закрепления теоретического материала рабочей программой 
предусмотрены 
выполнение 
практических 
занятий 
и 
внеаудиторная 
самостоятельная работа обучающихся в виде творческих работ, конспектов и 
выполнении рефератов по заданным темам. 

Краткий исторический обзор и современный уровень  

развития гидравлики и теплотехники 

История развития гидравлики, в частности теорий и вопросов, связанных 

с движением воды, берет своё начало в глубокой древности. Ещё древние 
вавилоняне, египтяне и индусы считали воду началом всех начал и затрачивали 
огромные усилия, чтобы получить воду.  

Результаты археологических исследований показывают, что ещё за 

5000 лет до нашей эры в Китае, а затем и в некоторых других странах древнего 
мира уже существовали оросительные каналы и были известны некоторые 
простейшие гидравлические устройства. Построенные в доантичный период 
водопроводы в Древних Афинах и Риме, каналы в долинах Нила, Тигра и 
Евфрата, плотины в Индии до сих пор поражают своей грандиозностью. Но эти 
сооружения, видимо, строились на основе опыта, передававшегося из 
поколения в поколение, и гидравлика являлась ремеслом без каких-либо 
научных обобщений. 

Гидравлика 
зародилась 
в 
Древней 
Греции. 
Основоположником 

гидравлики считается Архимед (287–212 гг. до н. э.), который занимался 
вопросами гидростатики и плавания. Одним из первых научных трудов по 
гидравлике считается трактат Архимеда «О плавающих телах» (250 г. до н. э.), 
в котором был впервые сформулирован гидравлический закон о равновесии 
тела, погруженного в жидкость. 
Период Средневековья обычно характеризуется как регресс. Однако 
именно в это время были созданы универсальные энергетические машины – 
водяные колеса различных типов и размеров, послуживших основой 
промышленной революции нового времени. 

Хронологически 
за 
работами 
античных 
учёных 
следуют 

экспериментальные и теоретические работы знаменитого художника и 
инженера Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.). Он в эпоху Возрождения сделал 
знаменитые открытия и изобретения, такие как центробежный насос, парашют, 
анемометр. Его трактат «О движении и измерении воды» и другие труды 
посвящены 
принципам 
работы 
гидравлического 
пресса, 
образованию 

водоворотных областей, отражению и интерференции волн, истечению 
жидкости через отверстия и водосливы, механизму движения воды в реках и 
каналах. Он первый установил понятие сопротивления движению твёрдых тел в 
жидкостях и газах и положил начало экспериментальной гидравлике, поставив 
лабораторные опыты. 

В 1586 г. Симон Стевин (1548–1620 гг.) опубликовал книгу «Начала 

гидростатики», в которой дал правила определения силы давления жидкости на 
дно и стенки сосудов. В 1612 г. появился трактат Галилео Галилея (1564–1642 
гг.) «Рассуждения о телах, пребывающих в воде, и о тех, которые в ней 
движутся». В 1628 г. Бенедетто Кастелли (1577–1644 гг.) в ясной форме 
изложил принцип неразрывности потока воды. В 1643 г. Эванджелиста 
Торричелли (1608–1647 гг.) установил закон вытекания жидкости из отверстия 
в сосуде. В 1663 г. Блез Паскаль (1623–1662 гг.) сформулировал основной закон 
гидростатики о передаче внешнего давления в жидкости и показал возможность 
применения для измерения атмосферного давления различных жидкостей. В 
1687 г. Исаак Ньютон (1643–1727 гг.) сформулировал законы внутреннего 
трения в движущейся жидкости. Однако перечисленные работы представляли 
собой отдельные разрозненные труды по гидравлике. 

Основоположниками гидравлики как науки были действительные члены 

Российской академии наук: Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765 гг.), 
Леонард Эйлер (1707–1783 гг.) и Даниил Бсрнулли (1700–1782 гг.), в результате 
исследований которых гидравлика получила теоретическую базу. 

Великий русский учёный М.В. Ломоносов опубликовал ряд работ по 

гидравлике, в том числе «Рассуждение о твёрдости и жидкости тела» (1760 г.), в 
которой изложил закон сохранения массы и энергии, положенный в основу 
современной гидравлики. 

В 1755 г. Л. Эйлер в сочинении «Общие принципы движения жидкости» 

составил известные дифференциальные уравнения движения и относительного 
равновесия жидкости и таким образом создал классическую гидромеханику.  

Эйлер Л. первым дал ясное определение понятия движения жидкости и 

вывел 
уравнения 
движения 
идеальной 
жидкости, 
раскрыл 
природу 

взаимодействия тела с натекающей на него жидкостью, ввёл понятие давления 
в 
точке 
движущейся 
или 
покоящейся 
жидкости, 
вывел 
уравнение 

неразрывности жидкости и так называемое «турбинное уравнение», которое 
находит широкое применение при расчёте насосов, турбин и компрессоров. 

В 1738 г. Д. Бернулли опубликовал капитальный труд по гидравлике 

«Гидродинамика», в котором дал метод изучения законов движения жидкости, 
ввёл понятие «гидродинамика» и предложил теорему о запасе энергии 
движущейся жидкости. Эта теорема носит теперь имя Д. Бернулли и лежит в 
основе ряда разделов гидравлики. 

В 1880 г. Д.И. Менделеев (1834–1907 гг.) впервые указал на 

существование в природе двух режимов движения жидкости, что несколько 
позже было подтверждено английским учёным О. Рейнольдсом (1842–1912 гг.). 
Тонкие экспериментальные исследования закона внутреннего трения в 
жидкостях при ламинарном режиме были поставлены Н.П. Петровым (1836–
1920 гг.). Эти работы позволили глубже проникнуть в физическую природу 
гидравлических сопротивлений и положили начало учению о турбулентном 
движении. 

Отец 
русской 
авиации 
Н.П. 
Жуковский 
(1847–1921 
гг.) 
внёс 

значительный вклад в развитие гидравлики и аэродинамики. Им впервые была 
разработана теория гидравлического удара в трубах и дано классическое 
решение 
большого круга 
технических 
вопросов в области авиации, 

водоснабжения и гидротехники. 

Трудами советского учёного Н.П. Павловского (1884–1937 гг.) и его 

учеников развита новая отрасль гидравлики – гидравлика сооружений. 

Первыми книгами по гидравлике, изданными на русском языке, 

считаются «Карманная книжка для вычисления количества воды, протекающей 
через трубы, отверстия» А. Колмакова (1791 г.) и учебное пособие по 
гидравлике «Основания практической гидравлики или о движении воды в 
различных случаях» П.П. Мельникова (1836 г.). 

Зарождение теплотехники связывают с именем Герона Александрийского 

(I в.н.э.), который по принципу «движущейся силы огня» построил множество 
различных паровых машин-игрушек, вершиной которых был прообраз 
реактивно-турбинного двигателя Эолопил (Эол – бог ветра; тогда считали, что 
вода при нагревании превращается в воздух), и сделал попытку дать 
теоретическое объяснение их рабочего процесса.  

Эолопил представлял собой полый металлический шар с впаянными в 

него на противоположных полушариях открытыми трубками, загибавшимися в 
разные стороны. В шар напивалась вода и нагревалась до кипения. 
Образовавшийся пар выбрасывайся из трубок, создавая реактивные силы, под 
действием которых шар вращался в трубчатых опорах. Низкий уровень науки и 
техники и отсутствие потребности в новом двигателе у общества остановили 
его разработку почти на 1700 лет. 

В 1681 г. французский физик Дени Папен (1647–1714 гг.) изобрёл 

паровой котёл, снабжённый предохранительным клапаном, позволяющим 
регулировать давление пара. Чуть позже X. Гюйгенс, развивая идею Г. Галилея 
о получении вакуума, предлагает взрывать для этого порох на дней цилиндра 
под поршнем. Обратно поршень должен был падать под действием 
атмосферного давления. С этим устройством родилось сразу два новых 
принципа – атмосферной паровой машины и двигателя внутреннего сгорания. 

Трудности работы с порохом заставили Папена заменить его в 1690 г. 

водой, подогревавшейся на дне цилиндра до образования пара. Обратно 
поршень опускался после конденсации пара, которую ускоряли обливанием 
цилиндра холодной водой или впрыскиванием её внутрь. Д. Папен впервые дал 
правильное термодинамическое описание процессов в цилиндре своей машины, 
но ни ему, ни другим изобретателям не пришло в голову разделить эти 
процессы по разным агрегатам, что сразу повысило бы её эффективность и 
решило проблему создания универсальною двигателя. 

В 1763 г. русский инженер И.И. Ползунов (1728–1766 гг.) предложил и к 

1766 г. построил двигатель, работающий на угле, холостой ход исключался 
благодаря 
наличию 
двух 
цилиндров, 
работающих 
на 
общий 
вал, 

парораспределение 
было 
автоматическим, 
однако 
машина 
оставалась 

пароатмосферной. Изобретатель умер до пуска машины, которая после 
небольшой поломки была остановлена и забыта. 

Мировая слава создания первого универсального паро-поршневого 

двигателя досталась англичанину Д. Уатту (1736–1819 гг.). В 1769 г. он 
получил патент на усовершенствования ньокоменовской водоподъёмной 
машины: отделение конденсатора от цилиндра и использование в качестве 
движущей силы вместо атмосферного давления упругости пара, подаваемого 
сверху поршня. В 1782 г. Уатт ввёл двойное действие (пар поочерёдно поступал 
сверху и снизу поршня), золотниковое парораспределение, преобразование 
поступательно-возвратного движения во вращательное, а в 1788 г. – и 
центробежный регулятор оборотов. Схема установки стала почти современной. 

В 1801 г. француз Ф. Лебон патентует поршневой двигатель, работающий 

на горючих газах от сухой перегонки древесины с зажиганием их 
электрической искрой и сгоранием внутри цилиндра. В 1805 г. швейцарец 
И. Риваз предлагает двигатель на водороде. 

В 1816 г. английский священник Р. Стирлинг получает патент на 

универсальную тепловую машину, состоящую из цилиндра с двумя по-разному 
движущимися поршнями и регенератора-теплообменника и способную 
работать на разных топливах как двигатель внешнего сгорания, как 
холодильник и как тепловой насос (отопитель). 

В 1824 г. французский инженер Сади Карно (1796–1832 гг.) опубликовал 

первый фундаментальный труд по теории теплотехники «Размышления о 
движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу». Он 
предсказал, что тепловым машинам «суждено совершить большой переворот в 
цивилизованном 
мире», 
и 
задался 
целью 
определить 
причины 
их 

несовершенства. 

И своём труде Карно заложил основы термодинамики, поскольку там 

содержались (хотя и полученные с помощью теории «теплорода») и оба начала 
термодинамики, и её основные понятия, и идеальный цикл тепловых машин, и 
другие важные положения. 

Работа Карно прошла почти незамеченной. И лишь через 10 лет, после 

издания «Мемуара о движущей силе теплоты» Б. Клайперона, она стала почти 
сенсацией. Клайперон «перевёл» её на математический язык, вскрыв великое 
содержание этого труда, и первым применил графический метод исследования 
работы тепловых машин – метод циклов. 

В 1845–1853 гг. трудами Р. Майера, Д. Джоуля, Г. Гельмгольца, 

В. Томсопа (лорда Кельвина), Р. Клаузиуса, У. Ренкина и др. окончательно 
формулируется закон сохранения и превращения энергии. 

В 1855–1865 гг. вводятся понятия обратимых и необратимых процессов и 

энтропии (Клаузиусом) – величины, рост которой в необратимых процессах 
характеризует ту часть энергии тел, которая не может быть превращена в 
работу, а рассеивается в виде теплоты. Поскольку все реальные процессы 
вследствие трения, теплопроводности и конечности времени их протекания 
необратимы, энтропия изолированных систем всегда возрастает. 
Так в результате изучения сравнительно узкого круга вопросов, 
связанных с теорией работы тепловых двигателей был заложен фундамент 
одного 
из 
разделов 
теплотехники 
– 
технической 
термодинамики, 
занимающейся изучением процессов взаимного превращения теплоты в работу 
и условий, при которых эти процессы совершаются наиболее эффективно. 
Большой вклад в становление и развитие термодинамики был сделан Карно, 
Клапейроном, Клаузиусом, Менделеевым и др. В середине XX столетия был 
разработан новый раздел термодинамики – термодинамика необратимых 
процессов, которая позволяет расширить и уточнить область применения 
законов термодинамики. 

Другой раздел теплотехники, занимающийся изучением процессов 

тепломассообмена, возникающих между различными телами или отдельными 
частями одного и того же тела при наличии разности температур – теория 
тепломассообмена – уходит своими корнями в труды Г. Галилея и И. Ньютона. 
Последний ещё в 1701 г. установил закон конвективного теплообмена.  

В 1750 г. М.В. Ломоносов в диссертации «Размышления о причине 

теплоты и холода» сформулировал основы кинетической теории материи. Ему 
принадлежит заслуга установления закона сохранения и превращения 
движущейся материи, из которого естественно вытекает закон сохранения и 
превращения энергии.  

В начале своего развития теория теплообмена строилась на так 

называемой феноменологической основе, заключающейся в рассмотрении 
отдельных 
явлений 
только 
лишь 
как 
некоторых 
изолированных 

закономерностей, могущих быть математически описанными, без раскрытия 
физической сущности этих явлений. Примером может служить формальная 
математическая теория теплопроводности, созданная Ж.Б. Фурье в 1828 г. и 
развитая Пуассоном в 1835 г.  

Фурье Ж.Б., издав «Аналитическую теорию теплопроводности», считал, 

что он привёл теорию теплообмена в такое же состояние, в какое была 
приведена механика трудами И. Ньютона... Однако для этого потребовалось 
ещё более 100 лет. И только современные учёные развили теорию теплообмена 
до законченной системы. Большой вклад в становлении и развитии науки был 
сделан Михеевым, Кутателадзе, Леонтьевым и др. 
Успехи физики двадцатого и двадцать первого столетий позволили 
глубже выявить физическую сущность процессов теплообмена. Одновременно 
с этим была разработана общая методология исследования, обработки и 
обобщения опытных данных основанная на теории подобия. 
В области современных научно-технических проблем теплообмена в 
потоках жидкости, газа и плазмы наметился определённый пересмотр взглядов 
на явления теплообмена и методов их изучения. Так, выдвинута научная 
проблема создания теории турбулентности, где наряду со среднеинтегральными 
характеристиками (средними по времени и пространству) наметилось 
использование 
мгновенных локальных значений характеристик 
потока 
температур.  
В настоящее время основные проблемы расчёта различных видов 
теплообмена (решение сложных задач теплопроводности, расчёт ламинарного 
пограничного слоя, расчёт теплообмена при наличии химических реакций и 
др.) более эффективно решаются с помощью компьютеров, что позволило 
значительно расширить и углубить теорию теплообмена. 
Современное 
развитие 
молекулярно-кинетической 
теории 
также 
способствовало развитию ряда разделов учения о теплообмене (переносные 
свойства газов и газовых смесей при высоких: температурах, разреженные газы 
и др.). 
Большие задачи в области теории и практики теплообмена лежат в 
направлении создания компактных теплообменников различного назначения, 
начиная от стационарных установок и кончая теплообменниками на 
космических летательных аппаратах. 
Для решения этой важной проблемы требуется применение современного 
математического аппарата, дальнейшая разработка методов интенсификации 
процессов теплообмена и получение надёжных данных, обеспечивающих 
быстрое 
проектирование 
теплообменников 
методами 
машинного 
проектирования. 
Таким образом, в последние десятилетия развитие гидравлики и 
теплотехники 
неразрывно 
связано 
с 
использованием 
компьютерных 
технологий, с применением численных методов расчётов и моделирования 
явлений.  
В настоящее время гидравлика и теплотехника бурно развиваются, 
основываясь на синтезе теоретических и экспериментальных методов, и 
являются одними из важнейших дисциплин, необходимых современному 
специалисту для комплексного решения проблем в любой области техники.